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高レーザ吸収複合粉末の開発と３Dプリンター利用による表面改質技術

東北大学大学院 工学研究科材料システム工学専攻

准教授 野村 直之

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金属用３Dプリンター

• ３Dデータを使用した自由度の高い設計

• 鋳造や切削加工では実現できない複雑形状

• 選択的な溶融により高い歩留まりを実現

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金属用３Dプリンター

金属製部品の作製には、金属粉末を使用

野村直之，バイオマテリアル-生体材料-, 31(2013) 220-227.

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金属用３Dプリンター用粉末

純金属や合金粉末作製に適用可能金属基複合粉末はどのように作製？

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代表的な複合粉末の製法 Powder mixing process

✓ High energy ball milling

➢ Dispersion: good

➢ Flowability: bad

✓ Low energy blending

➢ Dispersion: bad

➢ Flowability: good

✓ Hetero-agglomeration method

: A :BCeramics / Metal mixed colloid

Ceramics: light, positive charge

Upper:

Lower:

Metal: heavy, positive charge

➢正に帯電する粉末は互いに反発し分散する

Segregation

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新技術の特徴

複合化によりレーザ吸収率アップ

Al2O3

MetalMetal-5%Al2O3

Metal-10%Al2O3

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新技術の特徴（その１）

• 正に帯電する金属とセラミックスを複合化することに成功

• 金属粉末の表面に微細なセラミックスを微細分散させることが可能

• 吸収率の低いセラミックスを複合化しても、複合粉末のレーザ吸収率が増加

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造形体表面の構造

基板（チタン）

セラミックス層

造形体

造形体表面に緻密なセラミックス層が形成

Diff 1

Diff 2

Al2O3

造形体表面の組織

Metal/Ceramics

composite

Ceramics

layer

Metal/Ceramics

composite

Ceramics

layer

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新技術の特徴（その２）

• 表面にセラミックスが分散した金属粉末を

３Dプリンターに適用可能

• 造形体内部にセラミックスが均一に分散

• 造形体表面にセラミックス層を形成可能

• セラミックスと金属が緊密に接着

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想定される用途

• 複雑形状を有する金属／セラミックス複合材料

• セラミックス保護被膜が必要な耐熱材料、

耐食性材料、硬質材料等

• セラミックス分散型高機能性材料

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実用化に向けた課題

• 現在、数種類の金属／セラミックス複合粉末の開発に成功。多種類の組み合わせに拡張できるか検討中

• ３Dプリンター用粉末特性の検討

• ３Dプリンターへの適用を目的とした、キログラムオーダーでの複合粉末作製法の検討

• セラミックス層の膜厚と複合粉末、造形パラメータとの関係

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企業への期待

• 大量の金属／セラミックス複合粉末を作製するための技術構築

• 耐熱性材料、耐食性材料、硬質材料をはじめ、セラミックス被膜を必要とする材料における本技術のマッチング

• 用途に応じた新しい材料の組み合わせによる新機能追求

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称：複合粉末およびその製造方法、ならびに、耐熱材料およびその製造方法

• 出願番号 ：特願2016-214373

PCT/JP2017/009730

• 出願人 ：国立大学法人東北大学

• 発明者 ：野村直之、周 偉偉、

川崎 亮、吉見享祐

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お問い合わせ先

東北大学 産学連携機構 総合連携推進部

産学連携コーディネーター 松野，菅田

ＴＥＬ 022－217－6043

ＦＡＸ 022－217－6047

e-mail liaison＠rpip.tohoku.ac.jp