Fabrisonic、NASA の 3D プリント腐食研究に UAM テクノロジーを導入

ソリッドステート金属 3D プリンティングのスペシャリストである Fabrisonic は、特許取得済みの超音波積層造形 (UAM) プロセスを活用して、さまざまなアモルファス合金をマルチメタル クラッドに融合することに成功しました。

NASA SBIR 研究の一環として、同社は、異なる耐食合金を組み合わせるために、従来のレーザーベースの 3D プリンティング方法ではなく、超音波エネルギーを導入しました。 Fabrisonic は、独自の製造技術を使用して、金属の有益な特性をまったく損なうことなく、金属を結晶基板に接合することができました。

得られた金属混合物は、通常の結晶合金よりも強度と耐食性が強化されており、航空宇宙産業における将来の被覆用途に適している可能性があります。

Fabrisonic の超音波積層造形技術

Fabrisonic の UAM テクノロジーは、一連の金属テープを超音波溶接して 3D 形状にするハイブリッド金属 3D プリンティング プロセスです。 この方法は低温で動作するため、エレクトロニクスなどの異種材料を金属合金構造に埋め込むことができます。

金属オブジェクトを構築するときに、CNC マシンを使用してその内面と外面を仕上げることもできるため、従来の金属 3D プリント プロセスよりも詳細な形状を作成できます。 同社は 2017 年に UAM 印刷技術の特許を取得して以来、同じく UAM 技術を搭載した SonicLayer 1200 マシンのリリースを続けています。

特許取得済みの 3D プリンティング技術の新たな用途を見つける試みとして、Fabrisonic は近年、多くの米国政府研究グループとのパートナーシップを確立しました。 同社はオークリッジ国立研究所 (ORNL) と協力して、ORNL の高磁束同位体反応炉 (HFIR) の制御プレートを 3D プリントするために UAM を導入しました。

ファブリソニックは NASA とも緊密な関係を築いており、共同開発した 3D プリント熱交換器デバイスは 2018 年に宇宙飛行の品質管理テストに合格しました。さらに最近では、同社は NASA 向けの製造センサー プロジェクトで光学センサーの専門家である Luna Innovations と提携しました。 このプログラムは、ステニス宇宙センターのロケット試験スタンド用の極低温燃料パイプに関するデータを収集することを目的としています。

NASA と Fabrisonic の最新のコラボレーションでは、Fabrisonic は UAM プロセスをさらに開発して、将来的には航空宇宙用途に応用できる可能性のある複合金属クラッディングを印刷しました。

アモルファス金属の利点を最大限に活用する

アモルファス金属、またはバルク金属ガラス (BMG) は、凝固の結晶化段階をバイパスし、合金を非常に急速に冷却することによって作成されます。 その結果、この材料は独特の無秩序な構造を持ち、従来の結晶質合金よりも高いレベルの強度が得られます。

BMG は他の金属よりも大きな可逆変形にも耐えることができ、長距離の周期性がないため耐食性も高くなります。 アモルファス金属は明らかに有利な製造上の特徴を持っていますが、他の材料と接合したり、より厚い層に印刷したりするのが難しいことがこれまで判明していました。

ファブリソニック社は、NASA との連続提携企業である LM グループ ホールディングス (LMGH) と協力し、UAM 3D プリンティング プロセスを使用してアモルファス金属と他の合金を融合することで、これらの制限を克服しようと試みました。 両社は、界面の組成をより深く理解するために、いくつかの異なるアモルファス合金を接合し、反応を研究することで、このプロセスの実現可能性を証明しました。

テスト中、研究チームは、UAM の低温により、金属間化合物をほとんどまたは全く形成せず、高強度特性を損なうことなく、異種金属合金を接合できることを発見しました。 両社はまた、複数のパスを使用してさらに多くの金属を追加できることも発見し、これにより最終用途に応じて構造の厚さを調整できるようになりました。

この論文によると、既存の結晶合金では延性の低さが問題になることが多いが、UAM は複数の材料と互換性があるため、より延性の高い金属を混合物に追加できるとのこと。 同様に、従来の溶接技術では BMG を特定の形状に限定していましたが、評価の結果、UAM を使用するとより複雑な 3D 形状をより低コストで実現できることがわかりました。

全体として、NASA 開発プログラムのフェーズ I では、パートナーはアルミニウム、チタン、スチールなどの結晶金属を融合し、肉厚 1 mm の部品を生み出すことに成功しました。 将来的には、3D プリンティング技術は、重機内で使用したり、石油やガスのパイプラインを断熱したりするためのラミネート パネルの作成に導入される可能性があります。

「LMGHとFabrisonicは、現在の最先端技術よりも世代を超えた製品とサービスを提供できる」と両社は論文で述べている。 「基材の保護、耐用年数の延長、アプリケーション効率の向上における大きな利点はすべて、市場に武器を提供します。」

Fabrisonic の調査結果は、同社の Web サイト経由で公開され、Fabrisonic 社長の Mark Norfolk が執筆した「Manufacturing Amorphous Wear and Corrosion Resistant Cladded Surfaces using Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM)」というタイトルのホワイトペーパーで詳しく説明されています。

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注目の画像は、研究内で使用された Fabrisonic SonicLayer 7200 UAM システムを示しています。 写真はファブリソニック経由。

Paul は歴史とジャーナリズムを卒業し、テクノロジー ニュースの最新スクープを見つけることに情熱を持っています。