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3D印表機可採用鉑基金屬玻璃粉末列印成型
 

【作者: 田中貴金屬】   2014年12月01日 星期一

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田中貴金屬工業株式會社已開發出可對應粉末燒結式積層法3D印表機的鉑基金屬玻璃粉末,並且成功列印成型。此外,亦開發出分別添加鉑、銥的鎳基合金鉑系金屬粉末材料,成功列印出造形物體。



圖一
圖一

-開發含有分別添加鉑、銥的鎳基合金粉末


田中貴金屬工業於2004年以鉑基金屬玻璃的組成取得專利,本次,在經過獨有的加工設備調整,改變該材料的粒徑及流動性等性質後,終於先成功開發出鉑基金屬玻璃粉體,此粉體將能使用在既有的粉末燒結式積層法3D印表機上(註)。除此之外,亦一併開發出2種分別添加鉑與銥的鎳基合金粉末材料。此外,田中貴金屬工業與大阪府立產業技術綜合研究所攜手進行共同研究,釐清了適合粉末材質及形狀的雷射能量照射條件,從而成功列印出分別添加鉑、鉑基金屬玻璃、銥的鎳基合金造形物體。這乃是鉑基金屬玻璃在3D印表機上列印成型成功的世界首例。田中貴金屬工業未來除了供應鉑系金屬粉末材料之外,也會配合顧客需求,對鉑系金屬粉末粒徑尺寸進行加工、提供鉑系合金組成的客製化以及列印造形物體的服務。



圖二
圖二

鉑系金屬雖為高熔點、具耐久性,但是其大部分的合金並不適合進行切削或塑性加工等,可加工性低,以既有的成型法所能塑造的形狀有限。若能將這些材料用於3D印表機進行列印成型,便有可能製作出形狀複雜的造型,或是熔融溫度不同的複合材料製品。田中貴金屬工業本次的開發,對於要求耐蝕性的醫療材料來說,可以推動多種品項的少量製造;在要求耐熱性的汽車產業、航太工業領域內,可望推展特殊零件的工業用製品版圖。田中貴金屬工業將供應3D印表機用鉑系金屬粉末材料,並以在2020年度前達到年銷售額4億日圓為目標。


-鉑基金屬玻璃的潛力


金屬玻璃和過去的金屬不一樣,它是一種無結晶結構的非晶質金屬。眾所皆知,其具有高強度、高硬度、低彈性係數、超高耐蝕性、高導磁率、高成型加工性、表面平滑性、耐磨耗性、耐刮性、精密鑄造性、低阻尼振動等特性,作為次世代的新型材料而受到矚目。田中貴金屬工業領先業界,著手開發使用貴金屬鉑的鉑基金屬玻璃素材,以及鈀基金屬玻璃。2004年,以鉑、銅、磷的組成取得專利。同時,包括已知的組成在內,對於包含各種貴金屬之金屬玻璃,田中貴金屬工業也進行了廣泛的開發與材料供試,終於在本次實現了粉體化,開發出對應3D印表機的材料。


就金屬玻璃的製造方法而言,現今的主流是鑄造法,將熔融金屬注入鑄模後,再經急速冷卻使之凝固。在鑄造法中,只要欲製作物品的形狀改變,就必須重新製作鑄模,而在製作冷卻速度要求特別快的金屬玻璃時,則必須使用導熱係數高的高價金屬製鑄模。然而,此種金屬製鑄模要加工成複雜的形狀具有一定難度,導致欲製作物品的形狀受限,這點是達成實用化之前必須解決的課題之一。


田中貴金屬工業開發出可用於3D印表機的鉑系粉末材料,它的製造方法是:從粉末材料上方按每一層(約60微米)照射雷射光束進行成型,因此能夠一邊讓各層的表面成型,一邊急速冷卻。此外,由於此技術亦能夠應付複雜的造型,讓人對鉑基金屬玻璃今後更進一步的運用與實用充滿期待。


田中貴金屬工業於11月下旬參加在東京國際展示場舉辦的「2014東京國際粉體工業展POWTEX TOKYO 2014」,這些鉑系金屬粉末材料首次亮相,鉑系金屬粉末材料的樣品將自2014年12月1日起開始供應。今後田中貴金屬工業也將繼續開發可對應3D印表機的各種鉑系合金粉末材料,以期擴大貴金屬的有效利用。(編輯部陳復霞整理)


註:田中貴金屬工業針對用於3D印表機的其他既有素材之金屬粉末(如不鏽鋼、鎳等)與新開發出的鉑、鉑基金屬玻璃粉末進行了測量比較,確認兩者具有相同程度的流動性及粒徑均一性。


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