3Dプリントされた金属は耐久性があります? 包括的なガイド

あなたが製品エンジニアまたは調達の専門家である場合、産業部品の製造オプションを評価する, あなたはおそらく尋ねた: 3Dプリントされた金属は耐久性があります? 答えは圧倒的なイエスですが、耐久性は使用される3D印刷技術に依存します, 材料の選択, および後処理ステップ. 3d印刷された金属部品は、多くの用途で伝統的に鍛造された金属の耐久性に一致するか、それを超えることさえあります, それらを航空宇宙に信頼できる選択肢にします, 自動車, および医療産業. このガイドは、3Dプリントされた金属を耐久性のあるものにするものを分解します, どのテクノロジーが最良の結果をもたらすか, そのパフォーマンスを証明するための実世界の例.

1. 3D印刷された金属の耐久性に関する真実

まず、一般的な誤解を払拭することから始めましょう: 3Dプリントされた金属は、従来の金属部品ほど「弱い」わけではありません. 適切な技術と材料で作られた場合, 3D印刷された金属成分があります 鍛造金属に匹敵する機械的特性 - 強さを含む, 耐摩耗性, および影響耐性. ここでの耐久性とは、部品が長期的な使用に耐えることができることを意味します, 過酷な条件 (高圧や振動のように), ひび割れずに機能を維持します, 曲げ, または時期尚早に摩耗します.

3D印刷された金属耐久性を決定する重要な要因:

部分密度: 高密度 (近く 100%) 内気が少ないことを意味します, これにより、ストレス下でひび割れのリスクが減ります.
物質的な選択: チタンやインコネルのような合金は、基本的な金属よりも自然に耐久性があります, 3D印刷は固有の強さを保持します.
後処理: 機械加工, 熱処理, またはコーティングは、表面の硬度と全体的な耐久性を高めることができます.

なぜそれが重要なのか: 航空宇宙のサプライヤーは、かつて3Dプリントチタン合金ブラケットを伝統的に偽造したものに対してテストしました. 3D印刷されたブラケットには引張強度がありました 950 MPA (vs. 930 鍛造用MPA) そして生き残った 10,000 振動は損傷のないサイクル - それらが航空機の使用に耐久性があると同じように促進する.

2. 3D耐久性のある金属部品の印刷技術

すべての3Dプリントテクノロジーが等しく耐久性のある金属部品を生成するわけではありません. 以下は、最も一般的な方法の内訳です, 耐久性への影響, および最高のユースケース. テーブルを使用して、部分密度や機械的性能などの重要なメトリックを比較します.

2.1 金属の主要な3D印刷技術

2.1.1 選択的レーザー融解 (SLM)

SLMは高出力レーザーを使用して金属粉を完全に溶かします, 密度が非常に高い部品を作成します (99% または高). この毛穴の不足により、SLMパーツは最も耐久性のあるものの一部になります.

耐久性の強調: 引張強度と疲労抵抗が一致するか、鍛造金属を超える.
に最適です: 精密航空宇宙部品 (例えば。, タービンブレード), 医療インプラント (例えば。, 股関節置換術).

2.1.2 電子ビーム融解 (EBM)

EBMは電子ビームを使用して金属粉末を溶かします, ビルドプラットフォームを予熱するという追加の利点があります. これにより、残留応力が軽減されます (時間の経過とともにひび割れを引き起こす可能性があります) 長期的な耐久性を向上させます.

耐久性の強調: 熱疲労に対する優れた耐性 (高温部品に最適です).
に最適です: ニッケルベースの合金部品 (例えば。, ガスタービン成分) それは極端な暑さに直面しています.

2.1.3 直接金属レーザー焼結 (DMLS)

DMLSシンター (完全に溶けることなく加熱します) 金属パウダー, 耐久性が良く、残留応力がない部品を作成します. 密度はSLMよりわずかに低いです (95-98%), それはまだ高ストレスアプリケーションに適しています.

耐久性の強調: 内部欠陥はありません, 繰り返しストレスのために部品を信頼できるものにします (例えば。, 自動車用品).
に最適です: 高ストレス産業コンポーネント (例えば。, 油圧バルブ).

2.1.4 金属バインダー噴射

バインダー噴射は、メタルパウダーに接着剤をドロップして部品を形成します, その後、後でそれらを焼きます. 高速で費用対効果が高いですが, 部品の密度は低くなっています (90-95%) 機械的特性 - 耐久性が低くなります.

耐久性の強調: 低ストレス部品に適しています; 介入後は、強度をわずかに改善できます.
に最適です: 非構造部品 (例えば。, 装飾的な金属ハウジング).

2.2 テクノロジーによる耐久性の比較

テクノロジー	部分密度	抗張力 (典型的な, チタン合金)	残留応力	耐久性に最適です
SLM	≥99％	950-1000 MPA	低い	高ストレス, 精密部品
EBM	≥98％	920-980 MPA	非常に低い	高温, 長期使用
DMLS	95-98%	900-950 MPA	なし	正確なニーズのない高ストレス部品
金属バインダー噴射	90-95%	800-850 MPA	低い	低ストレス, 非構造部品

3. 実世界の例: 耐久性のある3D印刷された金属部品が動作しています

3Dプリントされた金属部品が実際の業界で機能するのを見ることは、耐久性の最良の証拠です. 長期にわたる要求を要求するセクターからの3つのケーススタディがあります, 信頼できるコンポーネント:

3.1 航空宇宙: SLMプリントタービンブレード

主要な航空宇宙会社は、ジェットエンジンにタービンブレードを必要としていました。 (600°C+) および一定の振動. 彼らはSLMを使用して、チタン合金からブレードを印刷しました (TI-6AL-4V):

ブレードには密度がありました 99.5% の引張強度 980 MPA.
後 5,000 エンジンテストの時間 (に相当 2 何年もの飛行使用), 刃は摩耗や割れの兆候を見せませんでした.
鍛造ブレードと比較して, 3D印刷バージョンはそうでした 20% 軽量 - 耐久性を犠牲にすることなく燃料消費量を減らす.

3.2 医学: EBMプリントされた股関節インプラント

医療機器メーカーはEBMを使用してチタン合金から股関節インプラントを印刷しました. インプラントは、持続するのに十分な耐久性が必要です 10+ 人体の年:

EBMの予熱プロセスにより、残留応力がなくなりました, インプラントが時間の経過とともに緩めるのを防ぎます.
後処理 (研磨とコーティング) インプラントに滑らかな表面を与えました, 骨で摩擦を減らす.
患者のフォローアップが示されました 98% インプラントの後も機能していました 8 年 - 従来のインプラントの耐久性を一致させます.

3.3 自動車: DMLSプリントギアコンポーネント

自動車メーカーは、高性能車両のトランスミッションについてDMLSプリントギアコンポーネントをテストしました. ギアは、繰り返しのトルクと摩擦に耐える必要があります:

DMLSギア (合金鋼で作られています) の引張強度がありました 920 MPAと生き残った 1 歯の摩耗のない100万の負荷サイクル.
同じ素材の伝統的な機械加工ギアは、わずかな摩耗を示しました 800,000 サイクル.
3Dプリントギアもコストがかかります 15% 生産するのに少ない, 材料廃棄物の減少のおかげです.

4. 3Dプリントされた金属部品が耐久性があることを確認する方法

耐久性のある3Dプリント金属部品を取得します, これらの4つのステップに従ってください。寿命を軽減する一般的な落とし穴を避けるのに役立ちます:

適切なテクノロジーを選択してください:

耐久性を最大限に活用してください (例えば。, 航空宇宙または医療部品), SLMまたはEBMを選択します (密度≥98％).
費用対効果の高い耐久性のため (例えば。, 自動車部品), DMLSは強力な選択です.
構造部品のバインダー噴射を避けてください - 密度が低いため、高ストレスに対して信頼性が低下します.

耐久性のある素材を選択します:

チタン合金 (TI-6AL-4V) 強度と耐食性に最適です.
ニッケルベースの合金 (インコネル 718) 高温と摩耗を処理します.
合金鋼は、高トルク部品に適しています (例えば。, ギア, シャフト).

後処理に投資します:

熱処理: 内部応力を減らします (繰り返されるストレスに直面する部品にとって重要です).
機械加工: 表面精度を改善し、亀裂できる粗いエッジを削除します.
コーティング: 保護層を追加します (例えば。, 高温部品のセラミックコーティング) 耐久性を高めるため.

耐久性のテスト:

壊れる前に部品がどれだけの力を処理できるかを測定するために引張強度テストを実施する.
疲労テストを実行します (繰り返される応力サイクル) 長期使用をシミュレートする.
特殊部品用, 業界固有のテストを追加します (例えば。, 海洋用途の腐食試験).

3D印刷された金属耐久性に関するYiguテクノロジーの見解

Yiguテクノロジーで, 私たちは助けました 300+ クライアントは、航空宇宙用の耐久性のある3Dプリント金属部品を作成します, 医学, 自動車用. チームが犯す最大の間違いは、テクノロジーまたはポストプロセスの角を切ることだと考えています。, 高ストレス部品にバインダー噴射を使用します. 私たちの解決策: 耐久性に焦点を当てたワークフロー - 私たちはあなたの部品のニーズを適切なテクノロジーに一致させることから始めます (重要な部品のSLM/EBM), 高品質の合金を使用します, 必須の後処理を含めます (熱処理 + テスト). これにより、部品が業界の耐久性基準を満たすか、それを超えることが保証されます, と 99% 最初の耐久性テストに合格した3D印刷された金属部品の.