2024 第1回3Dプリンティング・ネイチャー

2月27日、2024年の3Dプリンティング技術分野における最初のNature論文が発表された。中国科学院金属研究所の研究チームが「High fatigue resistance in a titanium alloy via near void-free 3D printing」と題する論文を発表した。

この論文では、3Dプリンターで作製された微細構造はもともと高い耐疲労性を持っており、この特性の劣化は微細孔の存在によって引き起こされる可能性があると論じている。微細孔を除去する従来の努力は、しばしば組織の粗大化をもたらし、組織の再精製のプロセスは、気孔率の再発をもたらし、さらには粒界におけるα相の濃縮のような新たな欠点を誘発し、微細構造をインバウンドとアウトバウンドの両方の努力にとって困難なジレンマにしている。
熱処理研究の過程で、CASチームは、3Dプリントチタン合金の高温での相変態と結晶粒成長が非同期である重要な後処理プロセスウィンドウを発見した。十分な過熱があれば、α相からβ相への相転移は即座に起こり、β相の成長温度には達しているが、粒界が再配列するためには妊娠期間が必要である。研究者らは、この貴重な熱処理ウィンドウを利用し、熱間等方加圧と高温短時間処理を組み合わせた熱処理法を特定した。この熱処理法は、組織の微細化を達成し、α相の濃縮と微細孔の再出現を防止し、最終的には、微細孔が実質的に存在しないニアプリント状態の3Dプリントチタン合金を作製する。

この微細構造を持つTC4チタン合金は、約1GPaという高い疲労限度を達成し、現在のすべての付加製造チタン合金や鍛造チタン合金、および他の金属材料の耐疲労性を上回っている。