3Dプリンタで異なる金属を一体成形

2025-4-9
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ペンシルベニア州立大、異なる金属粉末を同時に造形する3Dプリント技術を開発

ペンシルベニア州立大学が 3D Systems と共同で運営する CIMP-3D（革新的材料プロセスセンター）」の研究チームは、3Dプリンターによって異なる2種の金属（ステンレス鋼とブロンズ）を一体構造で造形する新技術を発表した。この「マルチマテリアル金属3Dプリント技術」は、従来溶接でしか実現できなかった金属同士の融合構造を、より精密かつ複雑な形状で再現可能にする。

ステンレス鋼、インコネル、純銅の3種類の金属からなるテストプレート

この技術の鍵は、「Aerosint selective powder deposition system」と呼ばれるプロセスにある。小麦粉のように微細な金属粉末をマイクロメートル単位で選択的に配置し、レーザーで瞬時に溶融・結合させることで、異素材を高精度に融合できる。使用されたシステムは、2023年に導入された新機材であり、同大学の既存3Dプリンターと統合することで実現された。

3種の粉末原料を充填するための3つのドラム

研究チームは造形中の溶融状態をリアルタイムで監視し、X線CTによって内部の欠陥（亀裂や気泡）や金属の界面構造を高精度に解析。さらに、造形方向（垂直・水平・斜め）と欠陥の発生傾向を結びつけ、構造体の信頼性向上に向けた知見も得られた。この手法で造形された部品は「ジャイロイド構造」と呼ばれる複雑な三次元形状で、熱交換器や医療インプラントなどへの応用が期待されている。従来は製造が困難だったこのような複雑構造も、3Dプリント技術によって現実のものとなってきている。
研究チームは、インコネル（耐熱合金）や純銅など、他の金属材料への応用も視野に入れており、造形中の状態監視や品質管理を強化し、量産に向けた生産体制の構築を目指している。