シェフィールド大学は固体を使用しています

2022年10月26日

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英国のシェフィールド大学の一部であるシェフィールド チタン合金研究 (STAR) グループの研究者は、ドイツのシュルヒテルンにある ECKART GmbH と提携して、噴霧による余剰のアルミニウム合金粉末を 2 つの固体状態ステップでシート材料に変換し、航空宇宙用途。 このプロジェクトでは、フィールド補助焼結技術 (FAST) と熱間圧延を組み合わせて、噴霧化による余剰のアルミニウム合金粉末を 2 つの固体状態ステップでシート材料に変換しました。 エッカート氏は、研究者が使用する A20X 合金粉末を提供しました。

積層造形技術は一般に、従来の冶金と比較して材料の無駄が少ないとして宣伝されていますが、噴霧されたままの粒子サイズの範囲は問題として見落とされることがよくあります。 ビジネス経済学では、AM 市場のコスト効率を高め、持続可能性の目標を確実に達成するために、代替プロセスを利用して余剰粉末を有用な製品に変換することが求められます。 この重要な要素がこの研究の基礎を形作ります。

フィールド支援焼結技術は、これらの余剰粉末をその後の処理のためにビレットに統合するための代替固体処理ルートを提供できます。 これにより、この原料から有用な製品の生産が可能になると同時に、積層造形サプライチェーン内の持続可能性も向上します。

このプロジェクトはさらに一歩進んで、FAST と熱間圧延を組み合わせて、2 つの固体状態ステップで噴霧からの余剰アルミニウム合金粉末をシート材料に変換します。 FAST は、粉末を完全に緻密なビレットに効果的に統合し、その後熱間圧延してシートにすることができます。

引張試験を通じて、このプロジェクトの結果は、このプロセスからの特性出力が航空宇宙用途で使用される従来の材料に匹敵することを明らかにしました。

金属粉末の FAST に焦点を当てた既存の研究が、このプロジェクトの開発に役立ちました。 伝えられるところによると、これが最終学年の学生プロジェクトに拍車をかけた – MAPP – Future Manufacturing Hub 研究員の Simon Graham 博士が設計し、BEng 航空宇宙工学の学生である Alicia Patel が主導 – この初期段階の研究が完了した後、このプロジェクトはグラハム博士が主導した取り組み。

この研究は、レーザービーム粉末床融合（PBF-LB）積層造形用に特大のチタン粉末の処理に関連してシェフィールドで実施された研究からも情報を得ており、そこではクロスオーバーの方法が関連性があることが確認されている。 既存の文献を検討すると、熱間圧延され、FAST で製造された純粋なアルミニウムに特化した論文が 1 件だけ発行されていると考えられます。 A20X 合金に関するこれまでに発表された研究では、AM または鋳造材料のみが考慮されていました。

この研究では、FAST が A20X を含む幅広い粒径範囲のアルミニウム合金粉末を完全に緻密な材料​​に迅速に固化できることが示されたと言われています。 得られた直径 80 mm の A20X FAST も、最初の厚さ 15 mm から 2 mm のシートまで熱間圧延することに成功しましたが、シート内のエッジ欠陥を防ぐために後の最適化が必要です。

一部の従来の鋳造 A20X 材料（開始寸法が同じ）も、同じ条件で熱間圧延されました。 引張試験では、熱処理の前後で、FAST 材料が鋳造品と同様の特性を示し、航空宇宙用途で使用される他のアルミニウム シートと同等であることがわかりました。

これらの研究結果は、World PM2022 の「現場支援焼結技術と熱間圧延の組み合わせによる余剰アルミニウム合金粉末の固体状態処理」と題する基調講演で、サイモン グラハム博士によって発表されました。

このプロジェクトの結果は、余剰合金粉末を良好な機械的特性を備えたシート材料に変換する実行可能な処理ルートがあることを実証しました。 現段階では長期的なプラスの影響を定量化することはできませんが、明らかな経済的影響があります。 これらの経済的利点は、アトマイザーの新たな収益源と、積層造形用の粉末の潜在的なコスト削減に関連しています。

次のステップでは、処理を最適化し、より高品質のシート製品を生産するために、さらなる圧延試験を完了することが含まれます。 これらのシートは、出力としてより大きなシートを生成するために開始フェーズで拡張することもでき、これによりスケールアップの機会がさらに広がります。 シート材料の超塑性成形も、ニアネットシェイプ部品を製造するために考慮される可能性があります。

www.シェフィールド.ac.uk

www.eckart-hydraulics.com

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