プラズマを用いた金属積層造形用原料粉末のリサイクル技術の開発

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本研究ではAM利用や保存により粉末特性が劣化した粉末の特性改善および、それらのプラズマ処理を利用したリサイクルプロセスの確立を目指した研究を実施している。令和４年度は実際にAMに利用された粉末、特にインコネル粉末に着目し、その特性改善条件の探索、およびプラズマ処理の有無が造形環境にどのような影響を及ぼすのか、実際にプラズマ処理粉末を用いたAM試験の実施により実験的に評価した。評価手法として、材料粉末には耐熱性合金として知られロケット等のエンジン部材にも一部利用されるもしくは利用が期待されるNi基合金のインコネル718、AM装置は産総研所有(開発機)の粉末床溶融型(PBF)の積層造形装置を利用し、装置内に敷かれた粉末床に対しレーザーを照射し平面造形を実施した際に発生する粒子種を質量分析機を用いて検出、プラズマ処理の有無による装置内発生粒子の比較を実施した。本試験を実施するため、まずは既存のAM装置に質量分析機を設置するため、より粒子検出に最適かつ溶融池付近の情報を得るための最適設置位置など装置構成の検討を実施し、発生粒子の取り込み形状の最適化により粒子検出を可能とした。結果として、これまでにプラズマ処理粉末を利用することで、到達真空度の向上および真空の到達速度向上の他、造形物周囲のスパッタ粒子による粉体床汚染を低減など、AMプロセスの効率化に資する結果が得られていることに加えて、発生する酸素原子量が大きく低減するなど金属酸化に影響する粒子の発生を抑えることが可能であることがわかった。加えて電子顕微鏡による造形物の断面観察の結果、Ni基合金の有害相発現の要因となる酸化アルミの結晶成長を低く抑えることがかのうであることもわかった。