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球状銅粉と積層造形
はじめに
球状の銅粉は、今日の製造方法で使用される主要な材料である。その球状の形状は製造工程での攪拌流を防ぎます。ここでは銅の課題、部品を作るためのプロセス、業界の日常的な使われ方について見ていきます。
純銅製造の課題
純銅は高い熱伝導性と電気伝導性を持っています。しかし純銅の加工は簡単ではありません。この素材は反射率が高く、熱伝導率も高いため、放熱が非常に速いのです。溶接やレーザー加工では、エネルギーが周囲に伝わります。そのため、均一なメルトプールを維持するのは難しい。また、銅は非常に早く酸化する。これは部品の最終的な品質に影響する。第二の課題は銅の密度です。球状の粒子を注意深く作らなければなりません。伝統的なアトマイズ法では、細長い粒子形状や不純物が生じることがあります。粒子のわずかな形状の狂いが、層形成時に予期せぬ挙動を引き起こすのです。パウダーが厳しい基準を満たすことを保証するには、頻繁な品質管理が不可欠です。このような課題により、エンジニアは付加製造における銅の最適な技術や装置を開発する必要に迫られているのです。
銅粉の付加製造技術
積層造形にはさまざまな技術があります。レーザー粉末床融合法もそのひとつです。この技術では、レーザー光線を精密に制御し、銅の各層を溶かします。球状の形状により、粉末をベッドに均一に広げることができます。製造された部品は密度と均一性が向上します。
電子ビーム溶解も銅で使われる技術です。エネルギー源としてレーザーの代わりに電子ビームを使います。真空状態でも有効で、酸化を抑えることができます。
ガスアトマイズも球状の銅粉を作る一般的な方法です。このプロセスでは、溶けた銅をノズルから押し出し、高圧ガスで液滴にします。一般的な粒子径は 20～100 ミクロンです。
プロセスの選択は最終製品によって異なる。安定した再現性のある結果を得るためには、どのような場合でもプロセスパラメーターを注意深く制御する必要があります。
積層造形における球状銅粉の用途
球状銅粉の工業的用途はいくつかあります。
銅は熱伝導率と電気伝導率が高いため、高い電気伝導率や熱伝導率が必要な場所に使用できます。たとえば熱交換器や電子機器の筐体に使われる部品は、銅の熱伝導性によって恩恵を受けます。銅をベースにした部品が他の金属に取って代わることで、ほとんどの工業製品の性能が向上します。航空宇宙産業では、銅の部品がタービン・エンジンにかかる高い熱負荷を調整する役割を果たします。医療用インプラントでは、銅は他の金属と合金化したあとの強度と生体適合性が評価されています。いくつかの工業試験で、銅粉を使った部品は密度が 98％にもなり、鍛造銅とほぼ同等の弾力性があることが証明されました。
もうひとつの用途は、自動車部品への銅の利用です。エンジンの冷却に使われる部品は、積層造形で高精度に作ることができます。粒子の大きさが球状であるため、重要な部分が弱い結合で形成されることはありません。試験の結果、球状の銅粉を使った部品は気孔率が低く、機械的特性も優れていることが確認されました。この研究結果は、ほとんどの産業で積層造形への移行が進んでいることを裏付けるものです。実社会での使用は、銅粉の理想的な加工が従来の製造の障害を克服できることを保証するものである。
結論
球状銅粉は積層造形において素晴らしい可能性を秘めている。銅は様々な産業で電気、熱、構造用途に使われています。
よくある質問
F: 球状銅粉の一般的な粒子径は？
Q: 通常20ミクロンから100ミクロンです。
F: 銅粉は積層造形にどのように貢献するのですか？
Q: その丸い形状は、自由な流れや均一な積層を容易にします。
F: 純銅の製造が難しいのはなぜですか？
Q: 熱伝導率が高く、酸化が早いので、管理が必要です。
Chin Trento
