中国科学院（CAS）は、2月28日付のネイチャー誌に掲載された研究でこの成果の詳細を明らかにした。この研究は、CAS材料研究所瀋陽材料科学重点実験室の科学者である張振軍氏と張哲鋒氏、およびカリフォルニア大学バークレー校のロバート・リッチー氏との共同研究による成果である。記事によると、研究のアイデアは中国で生まれ、材料サンプルもそこで作成されたという。リッチーはプロセスレビューに参加しました。

3D プリンティングは製造業に革命をもたらしますが、このプロセスは、高い疲労耐性が求められる部品の製造にかなり限定的に使用されています。疲労強度または疲労抵抗とは、ギアのピッチングや表面のひび割れなどの疲労損傷に抵抗する機械部品の能力です。

金属 3D プリントでは、レーザーを使用して金属粉末を溶かし、短時間で複雑な形状に重ね合わせるため、大型で複雑な部品を迅速に製造するのに最適です。しかし、印刷プロセスで一般的に使用される強力なレーザービームから発生する高熱により、部品内部に気泡が形成され、合金の性能に影響を与えます。これらの小さな穴は応力集中の原因となり、早期の亀裂につながり、材料の疲労寿命を縮める可能性があります。

上記の問題を解決するために、研究チームは気孔のないチタン合金を製造することにしました。彼らはチタン・アルミニウム・バナジウム合金である Ti-6Al-4V を使用したプロセスを開発し、現在知られているチタン合金の中で最も高い疲労強度を達成しました。張振軍氏によると、この工程は空気穴を除去するための高温等温プレスから始まり、合金の内部構造に変化が生じる前に急速冷却が行われる。このプロセスにより、多孔質合金の引張疲労強度が従来の 475 MPa から 978 MPa へと 106% 増加し、世界記録を樹立しました。

張振軍氏は、この成果は航空宇宙や新エネルギー車など軽量素材を必要とする産業で多くの応用が期待できると述べた。これまでのところ、この材料は試作品規模でしか生産されておらず、ダンベル型で最薄部が3mmと、実用化には小さすぎる。この技術はまだ実験段階ですが、複雑なデバイスの製造に大きな可能性を秘めています。

CASによれば、NASAのロケットのノズル、J-20戦闘機の機体、中国のC919航空機の燃料ノズルなど、多くの航空宇宙部品はすべて3Dプリント技術を使用して製造されている。将来的には規模を拡大できるため、新しいテクノロジーがより広範囲に適用されるようになります。

アン・カン（テックタイムズによると）