JP2017528591A - 部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・部品設計に対する高い自由度
・工具が不要
・高い資源利用効率
この方法により、表面品質Rzが一般的には、20〜100μmの範囲であって、かつ、精度が一般的には、50〜100μmの範囲の部品が実現可能となる。造形速度を向上させるために、端部領域を小さい焦点直径、例えば約200μm、で造形することができ、これによって、良好な表面品質及び精度を得ることができる。中心領域では、より大きい焦点直径、例えば1,000μm、で粉末層が硬化/圧縮し、これによって、高い造形速度を得ることができる。
LMDの場合には、粉末は、SLS/SLMの場合のようには層状に敷きつめられず、直接レーザービームの領域に導入される。このように作製された溶融ビーズは、一般的には、0.3〜3mmの幅を有する。
−造形速度の更なる向上
−作製可能な肉厚の低減(現在の限界は約100μm)
−プロセス定数の向上
−原料の選択肢拡大
−部品サイズの向上(現在の限界は630×500×400mm3)
−内部応力/歪みの低減
−高い表面品質
−高精度
−薄い肉厚
−高密度及び、例えば、空孔/空孔クラスターのような、欠陥の密度が低いこと
−高い静的及び動的強度
−高い延性
−微細粒子組織
−小さい内部応力
−電子ビーム溶融における改善されたプロセス特性:
電子ビーム溶融において、1回目の操作時(予熱プロセス)に、例えばデフォーカスさせた電子ビームを用いて、固相焼結により十分な焼結ネック形成が達成される。これによって、高いエネルギー密度の場合(2回目の操作/溶融プロセス)の不都合なチャージアップが回避される。
−このようにして作製された部品の高い表面品質:
本発明による粉末によって、高い充填密度(小さい粒子間距離)が得られる。更に、この粉末は極めて高い焼結性を有する。これにより、極めて均一な圧縮/硬化プロセスが可能になる。部品密度に対する要求がさほど高くない場合には、完全溶融の必要はない。
−高精度:
硬化/圧縮プロセスを固相焼結又は液相焼結(固相領域及び液相領域における焼結)により行なうことができるため、溶融/固化による硬化/圧縮よりも小さい許容誤差を保持することができる。
−薄い肉厚:
硬化/圧縮プロセスを固相焼結又は液相焼結により行なうことができるため、溶融/固化による硬化/圧縮よりも薄い肉厚を得ることができる。なぜならば、粉末層の硬化すべきでない隣接領域への溶融物の浸透が、阻止又は低減されるからである。
−高密度及び、例えば、空孔/空孔クラスターのような、欠陥の密度が低いこと:
均一な充填特性及び高い焼結性が、大きい空孔及び空孔クラスターの数を低減する。
−小さい内部応力:
内部応力は固化/冷却プロセスにより引き起こされるため、液相比率の減少は有利に作用する。
−微細粒子組織:
同一の密度が、より少ないエネルギーの導入によって達成可能なため、より微細な粒子組織を達成することができる。
−高い静的及び動的強度:
前述した諸特性、例えば、高密度、微細粒子組織及び低い欠陥密度、は、静的強度及び動的強度の両方に有利に作用する。
−高い延性:
前述した諸特性は、延性に対しても有利に作用する。
しかしながら、本発明に必要なこの粉末は、レーザービームの作用による圧縮にも好適であって、硬化/圧縮が固相焼結又は液相焼結により行なわれる場合には特に好適である。
MoO3微粒子粉末が撹拌容器に入れられ、一定量の水と混合されて、スラリーが生成された。このスラリーが噴霧造粒装置において処理され顆粒が形成された。この顆粒は、2段階ステップ(還元温度は600℃及び1,050℃)でMo金属粉末へと還元された。こうして作製されたMo金属粉末は、90μmでふるい分級された。これらの粉末粒子は、球形に形成されており、表面に向けて開いた空孔を有していた。本明細書で与えられた定義によれば、これらの粒子は、集合体/凝集体の形状で存在していた。本明細書による方法で求められたd50値は21μm、BET比表面積は0.15m2/gであった。こうして作製された粉末が、選択的電子ビーム溶融に使用された。そのプロセスは本明細書に記載されている。予熱が、デフォーカスさせた電子ビームを用いて、溶融には至らない条件下で行なわれた。これに続くフォーカスさせた電子ビームによるスキャンステップによって、これら粒子は完全に溶融されたが、不都合なチャージアップは現われなかった。
25μm及び5μmでふるい分級された球形のタングステン粉末が、0.1質量%のNi微粒子粉末と混合された。この混合物のd50値は10μmより大きく、BET比表面積は0.08m2/gより大きかった。こうして作製された粉末混合物を用いて、小さいD×t値(D:拡散係数、t:時間)における固相での焼結性を判断し、それによって、デフォーカスさせた電子ビームによる予熱において又はレーザービームによる硬化/圧縮(レーザー焼結)において、粒子間で十分な接触が得られているかを評価できるようにするために、極めて短いプロセス時間での焼結実験が行なわれた(3分間で1,200℃まで加熱)。比較のために、球形で、ふるい分級が5〜25μmの純タングステン粉末(BET比表面積:0.08m2/g未満)が3分間で1,200℃まで加熱された。純タングステンの場合には未だ焼結ネック形成が観察されなかったのに対して、本発明によるW−Ni混合物では既に粒子間の焼結ネックが現れた。
WO3粉末が撹拌容器に入れられ、一定量の水と混合されて、スラリーが生成された。このスラリーが噴霧造粒装置で処理され顆粒が生成された。この顆粒は、1段階ステップにてW金属粉末へと還元された(還元温度は1,000℃)。こうして作製されたW金属粉末は、90μmでふるい分級された。これらの粉末粒子は、球形に形成されており、表面に向けて開いた空孔を有していた。本明細書で与えられた定義によれば、これらの粒子は集合体/凝集体の形状で存在していた。本明細書による方法で求められたd50値は17μm、BET比表面積は0.18m2/gであった。これらの粉末粒子上に厚さ約1μmのNi層が被着された。例2と同様に、急速加熱による小さいD×t値での固相焼結性が調査された。この被覆により、焼結ネックを1,000℃で形成することができた。
Claims (19)
- 高融点金属又は50原子%を超える高融点金属含有量を有する高融点金属合金から成る部品を製造するための方法であって、粒子で形成された粉末の供給及びレーザービーム又は電子ビームの作用下でのこの粉末の硬化という工程を含む方法において、前記粉末のレーザー光学測定による粒径d50が10μmより大きく、BET法により測定された平均比表面積が0.08m2/gより大きいことを特徴とする方法。
- 前記粒子の表面が少なくとも部分的に空孔を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記粒子が少なくとも部分的に球形であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 前記粉末が二峰性又は多峰性の粒径分布を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粉末が一次粒子で形成された集合体形状及び/又は凝集体形状の粉末粒子を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粉末がNi、Co、Fe及びPdからなる群からの少なくとも1つの元素を0.005〜5原子%含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粉末が少なくとも部分的に複合粉末として存在することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粉末が少なくとも部分的に被覆された粉末として存在することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子が、表面近傍領域において少なくとも部分的に、中心部近傍領域よりも低い融点を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記融点差(K)が、中心部近傍領域の融点(K)×0.04〜0.7であることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記粉末製造方法が造粒工程を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記造粒工程の後に、500℃より高い温度で、還元工程が続くことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記粉末製造方法が被覆工程を含むことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粉末が、80原子%を超える量のMo及びWからなる群から選ばれた少なくとも1つの元素を、含有することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記BET比表面積が0.1m2/gより大きく、好適には0.13m2/gより大きいことを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粉末が層状に敷きつめられることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粉末の前記硬化が電子ビームの作用下で行われ、これにより、層状に敷きつめられた粉末の粒子が、第一工程において固相焼結により少なくとも部分的に焼結ネックを形成し、引き続く工程において少なくとも部分的に溶融されることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第一工程がデフォーカスされた電子ビームにより行なわれることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 前記粉末の前記硬化が、少なくとも部分的に、レーザービーム作用下での固相焼結又は液相焼結により行なわれることを特徴とする請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
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