アディティブマニュファクチャリングプロセスにおけるシルクベースおよびパウダーベースのレーザークラッディング複合材料

ドイツのFraunhoferInstitute for Production Technology（IPT）のチームは、シルクベースとパウダーベースのレーザークラッディングを組み合わせた積層造形（AM）プロセスを導入しました。 チームによると、ハイブリッドプロセスによって生成された保護ツールコーティングは、従来のレーザークラッディング法によって生成されたコーティングよりも耐摩耗性が高く、コストが低く、リソースを節約できます。また、このハイブリッドプロセスは、純粋なシルクよりも優れています。ベースの方法。より柔軟。 利用率と経済性の面で独自の利点があります。

レーザークラッディングは、レーザー金属蒸着（LMD）によって3次元構造を生成します。 LMDプロセスでは、ワークピースの表面がレーザービームで加熱されると同時に、粉末またはワイヤーの形のフィラー材料が溶融池に供給されます。フィラーが溶けると、表面にコーティングが形成されます。何度も繰り返すことで、ワークの表面にコーティングを重ねて直接形成することができます。 LMDは、保護コーティングの塗布、損傷したコンポーネントの修理、およびワークピースの形状の変更に効果的な方法です。
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IPTインスティテュートのハイブリッド法では、ワイヤーと粉末の材料がLMDで同時に処理されます。科学者たちは、粉末状の硬い材料粒子をワイヤーに追加することで、LMDを初めて使用して、硬度や靭性などのコーティングの重要な材料特性を調整できることを発見しました。さまざまな用途に最適な材料の組み合わせを決定するために、科学者はさまざまな材料をテストしました。ワイヤーには、構造安定性の高い熱間工具鋼と溶接性の良い低合金鋼を選択しました。粉末材料については、炭化物の形成と結晶粒微細化の元素としてクロムを選択し、硬質相として炭化チタンを選択しました。

科学者は、粉末とワイヤーを組み合わせることで、用途ごとに材料の組成をカスタマイズできます。彼らは、工具鋼の微細構造を選択的に変更し、塗布されたコーティングの硬度を高めるために粉末を追加しました。少量の炭化チタンを添加しても硬度が30％上昇します。
世界最強のレーザーポインター
プロジェクトマネージャーのMariusGipperich氏は、「新しいプロセスでは、靭性と硬度を正確に調整できるため、さまざまな熱的、化学的、機械的負荷に迅速かつ柔軟に対応できるようになりました」と述べています。コンポーネントの耐用年数を延ばします。純粋な粉末プロセスよりも費用効果が高く、純粋な金属プロセスよりも優れた材料の柔軟性を提供します。科学者たちは、彼らの方法を特別な特性を持つ他の材料システムの開発に適用することを計画しています。彼らはまた、成形工具の処理と油圧部品の摩擦層と摩耗層の処理にハイブリッドプロセスを使用することを計画しています。

現在、IPTチームは、階層型コーティングシステムの製造におけるハイブリッドプロセスの適用をテストしています。テストの一環として、チームは材料混合物の炭化チタン含有量を可能な限り増やすことを計画しています。炭化チタンは残留応力が高く、溶接時の割れの可能性が高くなるため、研究チームは炭化チタンの含有量を層ごとに調整することを計画しています。