JP2017036508A - Metal powder, manufacturing method of layered object, and layered object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属粉末、積層造形物の製造方法および積層造形物に関する。 The present invention relates to a metal powder, a method for manufacturing a layered object, and a layered object.
特開２０１１−２１２１８号公報（特許文献１）には、金属粉末を対象とするレーザ積層造形装置（いわゆる「３Ｄプリンタ」）が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2011-21218 (Patent Document 1) discloses a laser additive manufacturing apparatus (so-called “3D printer”) for metal powder.
金属製品の加工技術として、金属粉末を対象とする積層造形法が注目されている。この方法の利点は、切削加工では不可能であった複雑形状の創製が可能なことにある。これまでに、鉄系合金粉末、アルミニウム合金粉末、チタン合金粉末等を用いた積層造形物の製作例が報告されている。しかし現状では、使用可能な金属種が限られており、適用可能な金属製品にも一定の制限がある。 As a processing technique for metal products, an additive manufacturing method for metal powder has attracted attention. The advantage of this method is that it is possible to create complex shapes that were impossible by cutting. So far, there have been reported production examples of layered objects using iron-based alloy powder, aluminum alloy powder, titanium alloy powder and the like. However, at present, usable metal types are limited, and applicable metal products have certain limitations.
本発明の目的は、機械強度および導電率を両立できる、銅合金から構成される積層造形用の金属粉末、積層造形物の製造方法および積層造形物を提供することである。 An object of the present invention is to provide a metal powder for layered modeling composed of a copper alloy, a method for manufacturing a layered model, and a layered model that can achieve both mechanical strength and electrical conductivity.
〔１〕金属粉末は、積層造形用の金属粉末である。当該金属粉末は、クロムおよび珪素の少なくともいずれかを０．１０質量％以上１．００質量％以下含有し、該クロムおよび該珪素の合計量が１．００質量％以下であり、残部が銅からなる。 [1] The metal powder is a metal powder for additive manufacturing. The metal powder contains at least one of chromium and silicon of 0.10% by mass to 1.00% by mass, the total amount of chromium and silicon is 1.00% by mass or less, and the balance is made of copper. Become.
〔２〕上記〔１〕の金属粉末は、クロムを０．１０質量％以上０．６０質量％以下含有し、残部が銅からなる、金属粉末でもよい。 [2] The metal powder of the above [1] may be a metal powder containing 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of chromium with the balance being made of copper.
〔３〕上記〔１〕の金属粉末は、珪素を０．１０質量％以上０．６０質量％以下含有し、残部が銅からなる、金属粉末でもよい。 [3] The metal powder of the above [1] may be a metal powder containing silicon of 0.10% by mass to 0.60% by mass with the balance being made of copper.
〔４〕積層造形物の製造方法は、上記〔１〕〜〔３〕のいずれかの金属粉末を含む粉末層を形成する第１工程と、該粉末層において、所定位置の該金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程と、を含む。この製造方法では、第１工程と第２工程とを順次繰り返し、造形層を積層することにより、積層造形物を製造する。 [4] A method of manufacturing a layered object includes a first step of forming a powder layer containing the metal powder of any one of [1] to [3], and solidifying the metal powder at a predetermined position in the powder layer. And a second step of forming a modeling layer. In this manufacturing method, a 1st process and a 2nd process are repeated sequentially, and a lamination modeling thing is manufactured by laminating a modeling layer.
〔５〕上記〔４〕の積層造形物の製造方法は、積層造形物を熱処理する熱処理工程をさらに含んでいてもよい。 [5] The method for producing a layered object according to [4] may further include a heat treatment step of heat-treating the layered object.
〔６〕積層造形物は、上記〔１〕〜〔３〕のいずれかの金属粉末から製造された積層造形物であり、造形後に熱処理が施されていることが望ましい。 [6] The layered object is a layered object manufactured from the metal powder of any one of the above [1] to [3], and is preferably heat-treated after forming.
〔７〕積層造形物は、銅合金から構成される積層造形物である。銅合金は、クロムおよび珪素の少なくともいずれかを０．１０質量％以上１．００質量％以下含有し、該クロムおよび該珪素の合計量が１．００質量％以下であり、残部が銅からなる。積層造形物は、銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、導電率が２６％ＩＡＣＳ以上である。 [7] The layered object is a layered object composed of a copper alloy. The copper alloy contains 0.10% by mass or more and 1.00% by mass or less of at least one of chromium and silicon, the total amount of the chromium and silicon is 1.00% by mass or less, and the balance is made of copper. . The layered object has a relative density of 96% or more and 100% or less with respect to the theoretical density of the copper alloy, and a conductivity of 26% IACS or more.
〔８〕上記〔７〕において、銅合金は、クロムを０．１０質量％以上０．６０質量％以下含有し、残部が銅からなるクロム含有銅合金でもよい。この場合、積層造形物は、クロム含有銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である。 [8] In the above [7], the copper alloy may be a chromium-containing copper alloy containing 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of chromium, with the balance being copper. In this case, the layered object has a relative density of 96% or more and 100% or less with respect to the theoretical density of the chromium-containing copper alloy, and a conductivity of 30% IACS or more.
〔９〕上記〔７〕において、銅合金は、珪素を０．１０質量％以上０．６０質量％以下含有し、残部が銅からなる珪素含有銅合金でもよい。この場合、積層造形物は、珪素含有銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、導電率が２６％ＩＡＣＳ以上である。 [9] In the above [7], the copper alloy may be a silicon-containing copper alloy containing 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of silicon and the balance being copper. In this case, the layered object has a relative density of 96% to 100% with respect to the theoretical density of the silicon-containing copper alloy, and a conductivity of 26% IACS or more.
上記によれば、機械強度および導電率を両立できる、銅合金から構成される積層造形物が提供される。 According to the above, a layered object composed of a copper alloy that can achieve both mechanical strength and electrical conductivity is provided.
以下、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment”) will be described, but the present invention is not limited thereto.
最初に、本発明者が本実施形態に至った経緯を説明する。
機械強度および導電率を必要とする機械部品には、銅が多用されている。そうした機械部品としては、たとえば溶接トーチ、配電設備の部品等が挙げられる。本発明者は、純銅の地金をアトマイズ加工することにより、銅粉末を得、これを用いて積層造形物の製作を試みた。ところがこの方法では、所望の積層造形物は得られなかった。具体的には、造形物は多数の空隙を有しており、元材に対して密度が大幅に低下していた。さらに導電率も元材に対して大幅に低下していた。密度が低下すれば、当然機械強度も低下すると考えられる。本発明者は、各種条件を変更して物性の改善を試みた。しかし純銅を用いる限り、条件を固定しても、仕上がり物性が安定せず、機械強度および導電率を両立することはできなかった。
First, how the present inventor has reached this embodiment will be described.
Copper is frequently used in machine parts that require mechanical strength and electrical conductivity. Examples of such mechanical parts include welding torches and parts for power distribution equipment. The present inventor obtained copper powder by atomizing a pure copper ingot and tried to produce a layered object using this. However, with this method, a desired layered object cannot be obtained. Specifically, the modeled object has a large number of voids, and the density is significantly reduced with respect to the original material. In addition, the conductivity was significantly reduced relative to the original material. If the density is lowered, it is naturally considered that the mechanical strength is also lowered. The inventor attempted to improve physical properties by changing various conditions. However, as long as pure copper was used, even if the conditions were fixed, the finished physical properties were not stable, and it was impossible to achieve both mechanical strength and electrical conductivity.
そこで、本発明者は銅合金について検討した。その結果、特定の合金組成を有する銅合金粉末を用いることにより、積層造形物において、機械強度および導電率を両立できることが見出された。 Therefore, the present inventor examined copper alloys. As a result, it has been found that by using a copper alloy powder having a specific alloy composition, both the mechanical strength and the electrical conductivity can be achieved in the layered object.
ここで「機械強度および導電率を両立できる」とは、積層造形物が次の（ａ）〜（ｃ）の条件をすべて満たすことを示す。 Here, “compatible with mechanical strength and electrical conductivity” indicates that the layered object satisfies all of the following conditions (a) to (c).
（ａ）引張強さが概ね１９５ＭＰａ以上である。すなわち引張強さが無酸素銅（ＵＮＳ番号：Ｃ１０２００）の地金と概ね同等以上である。引張強さは次の手順で測定する。測定には「ＪＩＳ Ｂ ７７２１：引張試験機・圧縮試験機‐力計測系の校正方法および検証方法」に基づく等級１級以上の引張試験装置を使用する。図８に示すダンベル状試験片２０を製造する。ダンベル状試験片２０を、引張試験装置を用いて２ｍｍ／ｍｉｎの速度で、破断するまで引っ張る。このとき、つかみ装置または治具には、ダンベル状試験片２０の形状に適したものを用いる。またダンベル状試験片２０の軸方向に力が加わるように調整する。破断するまでに現れる最大引張応力を測定する。最大引張応力を平行部２１の断面積で除することにより、引張強さを算出する。平行部２１の断面積は、９．６１６ｍｍ2（＝π×３．５ｍｍ×３．５ｍｍ÷４）である。なおダンベル状試験片２０の各部の寸法は次のとおりである。 (A) The tensile strength is approximately 195 MPa or more. That is, the tensile strength is almost equal to or higher than that of oxygen-free copper (UNS number: C10200). The tensile strength is measured by the following procedure. For the measurement, a tensile test apparatus of grade 1 or higher based on “JIS B 7721: Tensile Tester / Compression Tester—Calibration Method and Verification Method of Force Measurement System” is used. The dumbbell-shaped test piece 20 shown in FIG. 8 is manufactured. The dumbbell-shaped test piece 20 is pulled at a speed of 2 mm / min using a tensile test apparatus until it breaks. At this time, a gripping device or a jig suitable for the shape of the dumbbell-shaped test piece 20 is used. Moreover, it adjusts so that force may be added to the axial direction of the dumbbell-shaped test piece 20. FIG. Measure the maximum tensile stress that appears before it breaks. The tensile strength is calculated by dividing the maximum tensile stress by the cross-sectional area of the parallel portion 21. The cross-sectional area of the parallel portion 21 is 9.616 mm 2 (= π × 3.5 mm × 3.5 mm ÷ 4). In addition, the dimension of each part of the dumbbell-shaped test piece 20 is as follows.
ダンベル状試験片２０の全長Ｌ０：３６ｍｍ
平行部２１の長さＬ１：１８±０．５ｍｍ
平行部２１の直径Ｄ１：３．５±０．０５ｍｍ
肩部２３の半径Ｒ：１０ｍｍ
つかみ部２２の長さＬ２：４．０ｍｍ
つかみ部２２の直径Ｄ２：６．０ｍｍ。
Total length L0 of dumbbell specimen 20: 36 mm
Parallel portion 21 length L1: 18 ± 0.5 mm
Diameter D1 of parallel part 21: 3.5 ± 0.05 mm
Shoulder 23 radius R: 10 mm
Length L2 of the grip portion 22: 4.0 mm
The grip part 22 has a diameter D2 of 6.0 mm.
（ｂ）理論密度に対する相対密度が９６％以上である。ここで合金の理論密度は、該合金と同じ組成を有する溶製材の密度を示す。理論密度に対する相対密度は、積層造形物の実測密度を、合金の理論密度で除した値の百分率を示す。 (B) The relative density with respect to the theoretical density is 96% or more. Here, the theoretical density of the alloy indicates the density of the molten metal having the same composition as the alloy. The relative density with respect to the theoretical density indicates a percentage of a value obtained by dividing the actually measured density of the layered object by the theoretical density of the alloy.
（ｃ）焼鈍標準軟銅（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ：ＩＡＣＳ）の導電率を１００％ＩＡＣＳとして定義される、導電率が２６％ＩＡＣＳ以上である。すなわち導電率が黄銅（ＵＮＳ番号：Ｃ２６０００）の地金と概ね同等以上である。 (C) Conductivity of annealing standard annealed copper (International Annotated Copper Standard: IACS) is defined as 100% IACS, and the conductivity is 26% IACS or more. That is, the conductivity is approximately equal to or higher than that of brass (UNS number: C26000).
〔金属粉末〕
本実施形態の金属粉末は、積層造形用の金属粉末である。金属粉末は、通常の２次元プリンタにおけるトナー、インクに相当する。金属粉末は、クロム（Ｃｒ）および珪素（Ｓｉ）の少なくともいずれかを０．１０質量％以上１．００質量％以下含有し、ＣｒおよびＳｉの合計量が１．００質量％以下であり、残部が銅（Ｃｕ）からなる。金属粉末におけるＣｕ含有量は、たとえば９８質量％以上でもよいし、９８．５質量％以上でもよいし、９９．０質量％以上でもよい。
[Metal powder]
The metal powder of this embodiment is a metal powder for additive manufacturing. The metal powder corresponds to toner and ink in a normal two-dimensional printer. The metal powder contains at least one of chromium (Cr) and silicon (Si) in an amount of 0.10% by mass to 1.00% by mass, the total amount of Cr and Si being 1.00% by mass or less, and the balance Consists of copper (Cu). The Cu content in the metal powder may be, for example, 98% by mass or more, 98.5% by mass or more, or 99.0% by mass or more.
金属粉末におけるＣｕ含有量は、「ＪＩＳ Ｈ １０５１：銅および銅合金中の銅定量方法」に準拠した方法により測定できる。Ｃｒ含有量は、「ＪＩＳ Ｈ １０７１：銅および銅合金中のクロム定量方法」に準拠したＩＣＰ発光分析法により測定できる。Ｓｉ含有量は、「ＪＩＳ Ｈ １０６１：銅および銅合金中の珪素定量方法」に準拠したＩＣＰ発光分析法により測定できる。金属粉末において、ＣｒおよびＳｉの少なくともいずれかの含有量の上限は、０．９０質量％でもよいし、０．８０質量％でもよいし、０．７０質量％でもよいし、０．６０質量％でもよい。同含有量の下限は、０．１５質量％でもよいし、０．２０質量％でもよい。 The Cu content in the metal powder can be measured by a method based on “JIS H 1051: Copper determination method in copper and copper alloy”. The Cr content can be measured by an ICP emission analysis method based on “JIS H 1071: Method for quantifying chromium in copper and copper alloys”. The Si content can be measured by an ICP emission analysis method based on “JIS H 1061: Method for quantifying silicon in copper and copper alloys”. In the metal powder, the upper limit of the content of at least one of Cr and Si may be 0.90 mass%, 0.80 mass%, 0.70 mass%, or 0.60 mass% But you can. The lower limit of the content may be 0.15% by mass or 0.20% by mass.
金属粉末は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｉの他に、不純物元素を含有することもある。不純物元素は、製造時に意図的に添加された元素（添加元素）でもよい。つまり本実施形態の金属粉末では、残部がＣｕおよび添加元素からなることもある。不純物元素は、製造時に不可避的に混入した元素（不可避不純物）でもよい。つまり本実施形態の金属粉末では、残部がＣｕおよび不可避不純物からなることもある。あるいは残部は、Ｃｕ、添加元素および不可避不純物からなることもある。不純物元素としては、たとえば酸素（Ｏ）、リン（Ｐ）等が挙げられる。不純物元素の含有量は、たとえば０．１０質量％未満でもよいし、０．０５質量％未満でもよい。 The metal powder may contain an impurity element in addition to Cu, Cr, and Si. The impurity element may be an element intentionally added at the time of manufacture (added element). That is, in the metal powder of the present embodiment, the balance may be made of Cu and additive elements. The impurity element may be an element inevitably mixed during manufacture (unavoidable impurity). That is, in the metal powder of the present embodiment, the balance may be made of Cu and inevitable impurities. Alternatively, the balance may be made of Cu, additive elements, and inevitable impurities. Examples of the impurity element include oxygen (O) and phosphorus (P). The content of the impurity element may be, for example, less than 0.10% by mass or less than 0.05% by mass.
本実施形態の金属粉末には、たとえば以下に示すクロム含有銅合金粉末および珪素含有銅合金粉末が包含される。 The metal powder of this embodiment includes, for example, the following chromium-containing copper alloy powder and silicon-containing copper alloy powder.
（クロム含有銅合金粉末）
クロム含有銅合金粉末は、Ｃｒを０．１０質量％以上０．６０質量％以下含有し、残部がＣｕからなる。前述のように、残部は添加元素、不可避不純物を含んでいてもよい。かかる化学組成を有する銅合金粉末によれば、積層造形物において、特に導電率の向上を期待できる。クロム含有銅合金粉末において、Ｃｒ含有量の下限は、たとえば０．１５質量％でもよいし、０．２０質量％でもよいし、０．２５質量％でもよい。Ｃｒ含有量の上限は、たとえば０．５５質量％でもよいし、０．５０質量％でもよい。Ｃｒ含有量は、たとえば０．２２質量％以上０．５１質量％以下でもよい。これらの範囲において、機械強度と導電率とのバランスが良くなることもある。
(Chromium-containing copper alloy powder)
The chromium-containing copper alloy powder contains 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of Cr, with the balance being Cu. As described above, the balance may contain additional elements and inevitable impurities. According to the copper alloy powder having such a chemical composition, an improvement in electrical conductivity can be expected particularly in the layered object. In the chromium-containing copper alloy powder, the lower limit of the Cr content may be, for example, 0.15% by mass, 0.20% by mass, or 0.25% by mass. The upper limit of the Cr content may be, for example, 0.55% by mass or 0.50% by mass. The Cr content may be, for example, 0.22% by mass or more and 0.51% by mass or less. In these ranges, the balance between mechanical strength and electrical conductivity may be improved.
（珪素含有銅合金粉末）
珪素含有銅合金粉末は、Ｓｉを０．１０質量％以上０．６０質量％以下含有し、残部がＣｕからなる。前述のように、残部は添加元素、不可避不純物を含んでいてもよい。かかる化学組成を有する銅合金粉末によれば、積層造形物において、特に機械強度の向上を期待できる。珪素含有銅合金粉末において、Ｓｉ含有量の下限は、たとえば０．１５質量％でもよいし、０．２０質量％でもよいし、０．２５質量％でもよい。Ｓｉ含有量の上限は、たとえば０．５５質量％でもよいし、０．５０質量％でもよい。Ｓｉ含有量は、たとえば０．２１質量％以上０．５５質量％以下でもよい。これらの範囲において、機械強度と導電率とのバランスが良くなることもある。
(Silicon-containing copper alloy powder)
The silicon-containing copper alloy powder contains 0.10% by mass to 0.60% by mass of Si, with the balance being Cu. As described above, the balance may contain additional elements and inevitable impurities. According to the copper alloy powder having such a chemical composition, an improvement in mechanical strength can be expected especially in the layered object. In the silicon-containing copper alloy powder, the lower limit of the Si content may be, for example, 0.15% by mass, 0.20% by mass, or 0.25% by mass. The upper limit of the Si content may be, for example, 0.55% by mass or 0.50% by mass. The Si content may be, for example, 0.21% by mass or more and 0.55% by mass or less. In these ranges, the balance between mechanical strength and electrical conductivity may be improved.
（粒度分布）
金属粉末の粒度分布は、粉末製造条件、分級、篩分け等により、適宜調整される。金属粉末の平均粒径は、積層造形物を製造する際の積層ピッチに合わせて調整してもよい。金属粉末の平均粒径は、たとえば１００〜２００μｍ程度でもよいし、５０〜１００μｍ程度でもよいし、５〜５０μｍ程度でもよい。ここで、本明細書における平均粒径は、レーザ回折・散乱法によって測定された粒度分布において、積算値５０％での粒径（いわゆる「ｄ５０」）を示すものとする。金属粉末において、粒子形状は特に限定されない。粒子形状は、たとえば略球状でもよいし、不規則形状でもよい。
(Particle size distribution)
The particle size distribution of the metal powder is appropriately adjusted depending on powder production conditions, classification, sieving and the like. You may adjust the average particle diameter of metal powder according to the lamination | stacking pitch at the time of manufacturing a laminate-molded article. The average particle diameter of the metal powder may be, for example, about 100 to 200 μm, about 50 to 100 μm, or about 5 to 50 μm. Here, the average particle diameter in this specification indicates a particle diameter (so-called “d50”) at an integrated value of 50% in a particle size distribution measured by a laser diffraction / scattering method. In the metal powder, the particle shape is not particularly limited. The particle shape may be, for example, a substantially spherical shape or an irregular shape.
（金属粉末の製造方法）
本実施形態の金属粉末は、たとえばガスアトマイズ法または水アトマイズ法によって製造される。すなわちタンデッシュの底部から、溶融状態の合金成分を落下させながら、高圧ガスまたは高圧水と接触させ、合金成分を急冷凝固させることにより、合金成分を粉末化する。この他、たとえばプラズマアトマイズ法、遠心力アトマイズ法等によって、金属粉末を製造してもよい。これらの製造方法で得られた金属粉末を用いることにより、緻密な積層造形物が得られる傾向にある。
(Method for producing metal powder)
The metal powder of this embodiment is manufactured by, for example, a gas atomization method or a water atomization method. That is, from the bottom of the tundish, the molten alloy component is dropped and brought into contact with high pressure gas or high pressure water to rapidly cool and solidify the alloy component, thereby pulverizing the alloy component. In addition, the metal powder may be manufactured by, for example, a plasma atomizing method, a centrifugal atomizing method, or the like. By using the metal powder obtained by these manufacturing methods, a dense layered product tends to be obtained.
〔積層造形物の製造方法〕
次に、上記の金属粉末を用いた積層造形物の製造方法について説明する。ここでは、金属粉末を固化させる手段として、粉末床溶融結合法のうちレーザを用いる態様を説明する。しかし当該手段は、金属粉末の固化が可能である限り、レーザに限定されない。当該手段は、たとえば電子ビーム、プラズマ等でもよい。本実施形態では、粉末床溶融結合法以外の付加製造法（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＡＭ）を利用してもよい。たとえば本実施形態では、指向性エネルギ堆積法を利用することもできる。さらに本実施形態では、造形中に切削加工を実施してもよい。
[Manufacturing method of layered object]
Next, a manufacturing method of a layered object using the above metal powder will be described. Here, the aspect which uses a laser among the powder bed fusion | bonding methods as a means to solidify metal powder is demonstrated. However, the means is not limited to the laser as long as the metal powder can be solidified. The means may be, for example, an electron beam or plasma. In the present embodiment, an additive manufacturing method (AM) other than the powder bed fusion bonding method may be used. For example, in this embodiment, a directional energy deposition method can be used. Furthermore, in this embodiment, you may implement a cutting process during modeling.
図１は、本実施形態の積層造形物の製造方法の概略を示すフローチャートである。当該製造方法は、データ処理工程（Ｓ１０）と、造形工程（Ｓ２０）とを備える。当該製造方法は、造形工程（Ｓ２０）の後に、熱処理工程（Ｓ３０）を備えていてもよい。造形工程（Ｓ２０）は、第１工程（Ｓ２１）と第２工程（Ｓ２２）とを含む。当該製造方法では、第１工程（Ｓ２１）と第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返すことにより、積層造形物を製造する。以下、図１〜図７を参照しつつ、当該製造方法を説明する。 FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a method for manufacturing a layered object according to the present embodiment. The manufacturing method includes a data processing step (S10) and a modeling step (S20). The manufacturing method may include a heat treatment step (S30) after the modeling step (S20). The modeling step (S20) includes a first step (S21) and a second step (S22). In the manufacturing method, a layered object is manufactured by sequentially repeating the first step (S21) and the second step (S22). Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIGS.
１．データ処理工程（Ｓ１０）
先ず、３Ｄ−ＣＡＤ等により３次元形状データが作成される。３次元形状データは、ＳＴＬデータに変換される。図２は、ＳＴＬデータの一例を示す概略図である。ＳＴＬデータ１０ｄでは、たとえば有限要素法による要素分割（メッシュ化）が行われる。
1. Data processing step (S10)
First, 3D shape data is created by 3D-CAD or the like. The three-dimensional shape data is converted into STL data. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of STL data. In the STL data 10d, element division (meshing) is performed by a finite element method, for example.
ＳＴＬデータから、スライスデータが作成される。図３は、スライスデータの一例を示す概略図である。ＳＴＬデータは、第１造形層ｐ１〜第ｎ造形層ｐｎのｎ層に分割される。スライス厚さｄは、たとえば１０〜１５０μｍ程度である。 Slice data is created from the STL data. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of slice data. The STL data is divided into n layers of the first modeling layer p1 to the nth modeling layer pn. The slice thickness d is, for example, about 10 to 150 μm.
２．造形工程（Ｓ２０）
次いで、スライスデータに基づき、積層造形物が造形される。図４は、積層造形物の製造過程を図解する第１概略図である。図４に示されるレーザ積層造形装置１００は、ピストン１０１と、ピストン１０１に支持されたテーブル１０２と、レーザ出力部１０３とを備える。以降の工程は、造形物の酸化を抑制するため、たとえば不活性ガス雰囲気で行われる。不活性ガスは、たとえばアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）、ヘリウム（Ｈｅ）等でよい。あるいは不活性ガスに代えて、たとえば水素（Ｈ2）等の還元性ガスを用いてもよい。さらに真空ポンプ等を用いて、減圧雰囲気としてもよい。
2. Modeling process (S20)
Next, a layered object is modeled based on the slice data. FIG. 4 is a first schematic diagram illustrating the manufacturing process of the layered object. A laser additive manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 4 includes a piston 101, a table 102 supported by the piston 101, and a laser output unit 103. The subsequent steps are performed, for example, in an inert gas atmosphere in order to suppress oxidation of the modeled object. The inert gas may be, for example, argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium (He), or the like. Alternatively, a reducing gas such as hydrogen (H 2 ) may be used instead of the inert gas. Furthermore, it is good also as a pressure-reduced atmosphere using a vacuum pump.
ピストン１０１は、テーブル１０２を昇降できるように構成されている。テーブル１０２上において、積層造形物が造形される。 The piston 101 is configured to move up and down the table 102. On the table 102, a layered object is formed.
２−１．第１工程（Ｓ２１）
第１工程（Ｓ２１）では、金属粉末を含む粉末層が形成される。スライスデータに基づき、ピストン１０１は、テーブル１０２を１層分だけ降下させる。テーブル１０２上に、１層分の金属粉末が敷き詰められる。これにより、金属粉末を含む第１粉末層１が形成される。第１粉末層１の表面は、図示しないスキージングブレード等により、平滑化される。粉末層は、複数種の金属粉末を含んでいてもよい。たとえば、粉末層は、前述のクロム含有銅合金粉末および珪素含有銅合金粉末の両方含むこともある。粉末層は、金属粉末の他、レーザ吸収剤（たとえば樹脂粉末）等を含んでいてもよい。粉末層は、実質的に金属粉末のみから形成されることもある。
2-1. First step (S21)
In the first step (S21), a powder layer containing metal powder is formed. Based on the slice data, the piston 101 lowers the table 102 by one layer. One layer of metal powder is spread on the table 102. Thereby, the 1st powder layer 1 containing metal powder is formed. The surface of the first powder layer 1 is smoothed by a squeezing blade (not shown) or the like. The powder layer may contain a plurality of types of metal powders. For example, the powder layer may include both the aforementioned chromium-containing copper alloy powder and silicon-containing copper alloy powder. The powder layer may contain a laser absorber (for example, resin powder) in addition to the metal powder. The powder layer may be formed substantially only from metal powder.
２−２．第２工程（Ｓ２２）
図５は、積層造形物の製造過程を図解する第２概略図である。第２工程（Ｓ２２）では、積層造形物の一部となるべき造形層が形成される。
2-2. Second step (S22)
FIG. 5 is a second schematic diagram illustrating the manufacturing process of the layered object. In the second step (S22), a modeling layer to be a part of the layered object is formed.
レーザ出力部１０３は、スライスデータに基づき、第１粉末層１の所定位置にレーザ光を照射する。レーザ光の照射に先立ち、予め粉末層を加熱しておいてもよい。レーザ光の照射を受けた金属粉末は、溶融、焼結を経て、固化する。このように、第１粉末層１において所定位置の金属粉末を固化させることにより、第１造形層ｐ１が形成される。 The laser output unit 103 irradiates a predetermined position of the first powder layer 1 with laser light based on the slice data. Prior to the laser beam irradiation, the powder layer may be heated in advance. The metal powder irradiated with the laser light is solidified through melting and sintering. Thus, the 1st modeling layer p1 is formed by solidifying the metal powder of a predetermined position in the 1st powder layer 1. FIG.
本実施形態のレーザ出力部には、汎用のレーザ装置を採用できる。レーザ光の光源には、たとえばファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、半導体レーザ等が用いられる。レーザ光の出力は、たとえば１００〜１０００Ｗ程度でもよいし、２００〜５００Ｗ程度でもよい。レーザ光の走査速度は、たとえば１００〜１０００ｍｍ／ｓの範囲内で調整してもよい。またレーザ光のエネルギ密度は、たとえば１００〜１０００Ｊ／ｍｍ3の範囲内で調整してもよい。 A general-purpose laser device can be employed for the laser output unit of the present embodiment. As a laser light source, for example, a fiber laser, a YAG laser, a CO 2 laser, a semiconductor laser, or the like is used. The output of the laser beam may be, for example, about 100 to 1000 W, or about 200 to 500 W. The scanning speed of the laser beam may be adjusted, for example, within a range of 100 to 1000 mm / s. Moreover, you may adjust the energy density of a laser beam within the range of 100-1000 J / mm < 3 >, for example.
ここでレーザ光のエネルギ密度は、下記式（Ｉ）：
Ｅ＝Ｐ÷（ｖ×ｓ×ｄ）・・・（Ｉ）
によって算出される値を示す。式（Ｉ）中、Ｅはレーザ光のエネルギ密度［単位：Ｊ／ｍｍ3］を、Ｐはレーザの出力［単位：Ｗ］を、ｖは走査速度［単位：ｍｍ／ｓ］を、ｓは走査幅［単位：ｍｍ］を、ｄはスライス厚さ［単位：ｍｍ］をそれぞれ示している。
Here, the energy density of the laser beam is expressed by the following formula (I):
E = P ÷ (v × s × d) (I)
Indicates the value calculated by. In the formula (I), E is the energy density [unit: J / mm 3 ] of the laser beam, P is the laser output [unit: W], v is the scanning speed [unit: mm / s], and s is The scanning width [unit: mm] is shown, and d is the slice thickness [unit: mm].
図６は、積層造形物の製造過程を図解する第３概略図である。図６に示されるように、第１造形層ｐ１が形成された後、ピストン１０１は、テーブル１０２をさらに１層分だけ降下させる。その後、上記と同様に、第２粉末層２が形成され、スライスデータに基づき第２造形層ｐ２が形成される。以後、第１工程（Ｓ２１）と第２工程（Ｓ２２）とを繰り返す。図７は、積層造形物の製造過程を図解する第４概略図である。図７に示されるように、最後に、第ｎ造形層ｐｎが形成され、積層造形物１０が完成する。 FIG. 6 is a third schematic diagram illustrating the manufacturing process of the layered object. As shown in FIG. 6, after the first modeling layer p1 is formed, the piston 101 further lowers the table 102 by one layer. Thereafter, in the same manner as described above, the second powder layer 2 is formed, and the second modeling layer p2 is formed based on the slice data. Thereafter, the first step (S21) and the second step (S22) are repeated. FIG. 7 is a fourth schematic diagram illustrating the manufacturing process of the layered object. As FIG. 7 shows, the nth modeling layer pn is finally formed and the layered product 10 is completed.
３．第３工程（Ｓ３０）
その後、積層造形物を熱処理することが望ましい。すなわち積層造形物は、造形後に熱処理が施されていることが望ましい。熱処理により、積層造形物の機械的性質および導電率の向上が期待できる。熱処理時の雰囲気は、たとえば窒素、大気、アルゴン、水素、真空等の雰囲気でもよい。熱処理温度は、たとえば３００℃以上４００℃以下でよい。熱処理時間は、たとえば２時間以上４時間以下でよい。
3. Third step (S30)
Thereafter, it is desirable to heat-treat the layered object. That is, it is desirable that the layered object is subjected to heat treatment after modeling. The heat treatment can be expected to improve the mechanical properties and conductivity of the layered object. The atmosphere during the heat treatment may be an atmosphere such as nitrogen, air, argon, hydrogen, vacuum, or the like. The heat treatment temperature may be, for example, 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. The heat treatment time may be, for example, 2 hours or more and 4 hours or less.
〔積層造形物〕
次に、上記の製造方法によって得られた積層造形物について説明する。積層造形物は、切削加工では実現できない、複雑形状を有し得る。さらに本実施形態の積層造形物は、機械強度および導電率を両立できる。本実施形態の積層造形物は、一例としてプラズマトーチに適用できる。
[Layered product]
Next, the layered object obtained by the above manufacturing method will be described. The layered object may have a complicated shape that cannot be realized by cutting. Furthermore, the layered object of the present embodiment can achieve both mechanical strength and electrical conductivity. The layered object of this embodiment can be applied to a plasma torch as an example.
原料に、本実施形態の金属粉末を用いた場合、積層造形物は次の構成を備え得る。
すなわち本実施形態の積層造形物は、特定の銅合金から構成される積層造形物である。当該銅合金は、ＣｒおよびＳｉの少なくともいずれかを０．１０質量％以上１．００質量％以下含有し、ＣｒおよびＳｉの合計量が１．００質量％以下であり、残部がＣｕからなる。金属粉末と同様に残部は、添加元素、不可避不純物を含んでいてもよい。この積層造形物では、理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、なおかつ導電率が２６％ＩＡＣＳ以上である。
When the metal powder of the present embodiment is used as a raw material, the layered object can have the following configuration.
That is, the layered object of this embodiment is a layered object formed of a specific copper alloy. The copper alloy contains 0.10 mass% or more and 1.00 mass% or less of Cr and Si, the total amount of Cr and Si is 1.00 mass% or less, and the balance is Cu. Similar to the metal powder, the balance may contain additional elements and inevitable impurities. In this layered object, the relative density with respect to the theoretical density is 96% or more and 100% or less, and the conductivity is 26% IACS or more.
銅合金において、ＣｒおよびＳｉの少なくともいずれかの含有量の上限は、０．９０質量％でもよく、０．８０質量％でもよく、０．７０質量％でもよく、０．６０質量％でもよい。同含有量の下限は、０．１５質量％でもよく、０．２０質量％でもよい。 In the copper alloy, the upper limit of the content of at least one of Cr and Si may be 0.90 mass%, 0.80 mass%, 0.70 mass%, or 0.60 mass%. The lower limit of the content may be 0.15% by mass or 0.20% by mass.
積層造形物の密度は、たとえばアルキメデス法により測定することができる。アルキメデス法による密度測定は、「ＪＩＳ Ｚ ２５０１：焼結金属材料‐密度、含油率および開放気孔率試験方法」に準拠して行うことができる。液体には水を用いればよい。 The density of the layered object can be measured by, for example, the Archimedes method. The density measurement by the Archimedes method can be performed according to “JIS Z 2501: Sintered metal material—Density, oil content and open porosity test method”. Water may be used as the liquid.
理論密度に対する相対密度が９６％以上であれば、実用に耐え得る機械強度を期待できる。相対密度は高いほど望ましい。積層造形物の相対密度は、９６．５％以上でもよく、９７．０％以上でもよく、９７．５％以上でもよく、９８．０％以上でもよく、９８．５％以上でもよく、９９．０％以上でもよい。 If the relative density with respect to the theoretical density is 96% or more, a mechanical strength that can withstand practical use can be expected. The higher the relative density, the better. The relative density of the layered object may be 96.5% or more, 97.0% or more, 97.5% or more, 98.0% or more, 98.5% or more, 99. It may be 0% or more.
導電率は、市販の渦流式導電率計によって測定できる。導電率も高いほど望ましい。積層造形物の導電率は、３０％ＩＡＣＳ以上でもよく、４０％ＩＡＣＳ以上でもよく、５０％ＩＡＣＳ以上でもよく、６０％ＩＡＣＳ以上でもよい。導電率の上限は、たとえば１００％ＩＡＣＳでもよい。 The conductivity can be measured by a commercially available eddy current conductivity meter. Higher conductivity is desirable. The conductivity of the layered object may be 30% IACS or more, 40% IACS or more, 50% IACS or more, or 60% IACS or more. The upper limit of the conductivity may be 100% IACS, for example.
（クロム含有銅合金から構成される積層造形物）
原料に、本実施形態のクロム含有銅合金粉末を使用した場合、積層造形物は次の構成を備え得る。
(Layered product composed of chromium-containing copper alloy)
When the chromium-containing copper alloy powder of this embodiment is used as a raw material, the layered object can have the following configuration.
すなわち積層造形物は、特定のクロム含有銅合金から構成される積層造形物である。当該クロム含有銅合金は、Ｃｒを０．１０質量％以上０．６０質量％以下含有し、残部がＣｕからなる。金属粉末と同様に残部は、添加元素、不可避不純物を含んでいてもよい。この積層造形物では、クロム含有銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、なおかつ導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である。この積層造形物において、たとえばＣｒ含有量が０．１０質量％以上０．３０質量％以下の場合、９８．０％以上の相対密度と、６０％ＩＡＣＳ以上の導電率との両立を期待できる。 That is, the layered object is a layered object composed of a specific chromium-containing copper alloy. The said chromium containing copper alloy contains 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of Cr, and the remainder consists of Cu. Similar to the metal powder, the balance may contain additional elements and inevitable impurities. In this layered object, the relative density with respect to the theoretical density of the chromium-containing copper alloy is 96% or more and 100% or less, and the conductivity is 30% IACS or more. In this layered object, for example, when the Cr content is 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less, it is possible to expect both a relative density of 98.0% or more and a conductivity of 60% IACS or more.
（珪素含有銅合金から構成される積層造形物）
原料に、本実施形態の珪素含有銅合金粉末を使用した場合、積層造形物は次の構成を備え得る。
(Layered product composed of silicon-containing copper alloy)
When the silicon-containing copper alloy powder of the present embodiment is used as a raw material, the layered object can have the following configuration.
すなわち積層造形物は、特定の珪素含有銅合金から構成される積層造形物である。当該珪素含有銅合金は、Ｓｉを０．１０質量％以上０．６０質量％以下含有し、残部がＣｕからなる。金属粉末と同様に残部は、添加元素、不可避不純物を含んでいてもよい。この積層造形物では、珪素含有銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、なおかつ導電率が２６％ＩＡＣＳ以上である。この積層造形物において、たとえばＳｉ含有量が０．１０質量％以上０．３０質量％以下の場合、９８．５％以上の相対密度と、４５％ＩＡＣＳ以上の導電率との両立を期待できる。 That is, the layered object is a layered object composed of a specific silicon-containing copper alloy. The silicon-containing copper alloy contains 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of Si, with the balance being Cu. Similar to the metal powder, the balance may contain additional elements and inevitable impurities. In this layered object, the relative density with respect to the theoretical density of the silicon-containing copper alloy is 96% or more and 100% or less, and the conductivity is 26% IACS or more. In this layered object, for example, when the Si content is 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less, both a relative density of 98.5% or more and a conductivity of 45% IACS or more can be expected.
以下、実施例を用いて本実施形態を説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, although this embodiment is described using an example, this embodiment is not limited to these.
１．金属粉末の準備
表１に示す化学成分を有する金属粉末Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１、Ｂ２、ＸおよびＹを準備した。
1. Preparation of metal powder Metal powders A1, A2, A3, B1, B2, X and Y having chemical components shown in Table 1 were prepared.
これらの金属粉末は、所定のアトマイズ法によって製造した。金属粉末Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ１およびＢ２は実施例に相当する。 These metal powders were produced by a predetermined atomization method. Metal powders A1, A2, A3, B1 and B2 correspond to the examples.
金属粉末Ｘは、市販純銅の地金を原料とした。金属粉末Ｙは、市販銅合金（製品名「ＡＭＰＣＯ９４０」）の地金を原料とした。金属粉末ＸおよびＹは比較例に相当する。 The metal powder X was made from commercially available pure copper ingot. The metal powder Y was obtained from a commercially available copper alloy (product name “AMPCO940”). Metal powders X and Y correspond to comparative examples.
２．レーザ積層造形装置
以下の仕様のレーザ積層造形装置を準備した
レーザ ：ファイバレーザ、最大出力４００Ｗ
スポット径：０．０５〜０．２０ｍｍ
走査速度 ：〜７０００ｍｍ／ｓ
積層ピッチ：０．０２〜０．０８ｍｍ
造形サイズ：２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×２８０ｍｍ。
2. Laser additive manufacturing equipment Laser additive manufacturing equipment with the following specifications was prepared. Laser: Fiber laser, maximum output 400W
Spot diameter: 0.05-0.20mm
Scanning speed: ~ 7000mm / s
Lamination pitch: 0.02-0.08mm
Modeling size: 250 mm × 250 mm × 280 mm.
３．積層造形物の製造
上記の装置を用いて、円柱状の積層造形物（直径１４ｍｍ×高さ１５ｍｍ）を製造した。
3. Manufacture of a layered object A cylindrical layered object (diameter 14 mm × height 15 mm) was manufactured using the above-described apparatus.
３−１．市販純銅粉末
図１に示すフローに沿って、金属粉末を含む粉末層を形成する第１工程（Ｓ２１）と、粉末層の所定位置にレーザ光を照射し、金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程（Ｓ２２）とを順次繰り返し、Ｎｏ．Ｘ−１〜４０に係る積層造形物を製造した。各積層造形物の製造条件を表２および表３に示す。
3-1. Commercially available pure copper powder According to the flow shown in FIG. 1, the first step (S21) for forming a powder layer containing a metal powder, and irradiating a predetermined position of the powder layer with laser light to solidify the metal powder, thereby shaping the metal powder. The second step (S22) for forming the layer is sequentially repeated, and The layered object according to X-1 to 40 was manufactured. Tables 2 and 3 show the manufacturing conditions for each layered object.
前述の方法に従って、各積層造形物の相対密度および導電率を測定した。結果を表２および表３に示す。 According to the above-mentioned method, the relative density and electrical conductivity of each layered object were measured. The results are shown in Table 2 and Table 3.
表２および表３から分かるように、純銅粉末（金属粉末Ｘ）を用いた積層造形物では、条件を固定しても、仕上がり物性のバラツキが非常に大きい。表２中の「測定不可」は、空隙が多すぎるために、アルキメデス法では信頼性の高い密度を測定できなかったことを示している。純銅の地金の導電率は、１００％ＩＡＣＳ程度と考えてよい。純銅を用いた積層造形物では、地金に比し、導電率が大幅に低下している。これらの結果から、純銅粉末を用いた場合、実用的な機械部品の製造は困難といえる。 As can be seen from Table 2 and Table 3, in the layered product using pure copper powder (metal powder X), the variation in finished physical properties is very large even if the conditions are fixed. “Unmeasurable” in Table 2 indicates that the Archimedes method could not measure a highly reliable density because there were too many voids. The conductivity of pure copper metal may be considered to be about 100% IACS. In the layered object using pure copper, the electrical conductivity is greatly reduced as compared with the bare metal. From these results, it can be said that when pure copper powder is used, it is difficult to manufacture practical machine parts.
３−２．市販銅合金粉末
表４に示す各条件で、上記と同様にしてＹ−１〜７に係る積層造形物を製造した。各積層造形物の製造条件を表４に示す。
3-2. Commercially available copper alloy powder Under the conditions shown in Table 4, a layered object according to Y-1 to 7 was manufactured in the same manner as described above. Table 4 shows the manufacturing conditions for each layered object.
前述の方法に従って、各積層造形物の相対密度および導電率を測定した。結果を表４に示す。 According to the above-mentioned method, the relative density and electrical conductivity of each layered object were measured. The results are shown in Table 4.
市販銅合金粉末（金属粉末Ｙ）を用いた積層造形物では、純銅に比し、高い密度を実現できた。しかし導電率は、元材（４５．５％ＩＡＣＳ程度）に比し、大幅に低下した。 In the layered product using the commercially available copper alloy powder (metal powder Y), a higher density was realized compared to pure copper. However, the conductivity was significantly lower than that of the original material (about 45.5% IACS).
３−３．クロム含有銅合金粉末
３−３−１．Ｃｒ＝０．２２質量％
表５に示す各条件で、上記と同様にしてＮｏ．Ａ１−１〜１１に係る積層造形物を製造した。さらに、ここでは積層造形物を造形した後に、熱処理工程（Ｓ３０）を実行した。熱処理条件は、窒素雰囲気下、３００℃×３時間とした（以下の熱処理も同様である）。各積層造形物の物性を評価した。評価結果を表５に示す。引張強さは、Ｎｏ．Ａ１−１２〜１４に示す条件で、別途、図８に示すダンベル状試験片２０を製造し、該試験片で測定した（以下の引張強さも同様である）。
3-3. Chromium-containing copper alloy powder 3-3-1. Cr = 0.22 mass%
Under each condition shown in Table 5, the same as above, No. The layered object according to A1-1 to 11 was manufactured. Furthermore, the heat treatment step (S30) was performed after modeling the layered object. The heat treatment conditions were 300 ° C. × 3 hours in a nitrogen atmosphere (the same applies to the following heat treatment). The physical properties of each layered product were evaluated. The evaluation results are shown in Table 5. The tensile strength is no. A dumbbell-shaped test piece 20 shown in FIG. 8 was separately manufactured under the conditions shown in A1-12-2 and measured with the test piece (the same applies to the following tensile strength).
表５から分かるように、クロムを０．２２質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ａ１）を用いた積層造形物では、前述の純銅に比し、仕上がり物性のバラツキを抑制できた。これらの積層造形物では、実用的な機械強度と導電率とを両立できた。またこの組成では、熱処理後に６０％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を実現できた。 As can be seen from Table 5, in the layered product using the copper alloy powder (metal powder A1) containing 0.22% by mass of chromium, it was possible to suppress variations in finished physical properties as compared with the pure copper described above. With these layered objects, practical mechanical strength and electrical conductivity were compatible. Also, with this composition, a high conductivity of 60% IACS or higher could be realized after heat treatment.
３−３−２．Ｃｒ＝０．５１質量％
表６に示す各条件で、上記と同様にしてＮｏ．Ａ２−１〜１２に係る積層造形物を製造した。各積層造形物の物性を評価した。評価結果を表６に示す。
3-3-2. Cr = 0.51 mass%
Under each condition shown in Table 6, the same as above, No. The layered object according to A2-1 to 12 was manufactured. The physical properties of each layered product were evaluated. The evaluation results are shown in Table 6.
表６から分かるように、クロムを０．５１質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ａ２）を用いた積層造形物では、前述の純銅に比し、仕上がり物性のバラツキを抑制できた。これらの積層造形物では、相対密度が９９％を超える緻密さと、３５％ＩＡＣＳを超える導電率とを両立できた。引張強さも良好であった。 As can be seen from Table 6, in the layered product using the copper alloy powder (metal powder A2) containing 0.51% by mass of chromium, it was possible to suppress variations in the finished physical properties as compared with the pure copper described above. In these layered objects, it was possible to achieve both a density with a relative density exceeding 99% and a conductivity exceeding 35% IACS. The tensile strength was also good.
３−３−３．Ｃｒ＝０．９４質量％
表７に示す各条件で、上記と同様にしてＮｏ．Ａ３−１〜７に係る積層造形物を製造した。各積層造形物の物性を評価した。評価結果を表７に示す。
3-3-3. Cr = 0.94 mass%
In each of the conditions shown in Table 7, No. The layered object according to A3-1 to 7 was manufactured. The physical properties of each layered product were evaluated. Table 7 shows the evaluation results.
表７から分かるように、クロムを０．９４質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ａ３）を用いた積層造形物では、前述の純銅に比し、仕上がり物性のバラツキを抑制できた。これらの積層造形物では、実用的な機械強度と導電率とを両立できた。またこの組成では、相対密度が９９％を超える緻密さを実現できた。引張強さも良好であった。 As can be seen from Table 7, in the layered product using the copper alloy powder (metal powder A3) containing 0.94% by mass of chromium, it was possible to suppress variations in the finished physical properties as compared with the pure copper described above. With these layered objects, practical mechanical strength and electrical conductivity were compatible. Also, with this composition, it was possible to realize a denseness with a relative density exceeding 99%. The tensile strength was also good.
３−４．珪素含有銅合金粉末
３−４−１．Ｓｉ＝０．２１質量％
表８に示す各条件で、上記と同様にしてＮｏ．Ｂ１−１〜１１に係る積層造形物を製造した。各積層造形物の物性を評価した。評価結果を表８に示す。
3-4. Silicon-containing copper alloy powder 3-4-1. Si = 0.21 mass%
In each condition shown in Table 8, the same as above, No. The layered object according to B1-1 to 11 was manufactured. The physical properties of each layered product were evaluated. The evaluation results are shown in Table 8.
表８から分かるように、珪素を０．２１質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｂ１）を用いた積層造形物では、前述の純銅に比し、仕上がり物性のバラツキを抑制できた。これらの積層造形物では、実用的な機械強度と導電率とを両立できた。またこの組成では、４５％ＩＡＣＳ以上の高い導電率を実現できた。 As can be seen from Table 8, in the layered structure using the copper alloy powder (metal powder B1) containing 0.21% by mass of silicon, it was possible to suppress variations in finished physical properties as compared with the pure copper described above. With these layered objects, practical mechanical strength and electrical conductivity were compatible. Also, with this composition, a high conductivity of 45% IACS or higher could be realized.
３−４−２．Ｓｉ＝０．５５質量％
表９に示す各条件で、上記と同様にしてＮｏ．Ｂ２−１〜８に係る積層造形物を製造した。各積層造形物の物性を評価した。評価結果を表９に示す。
3-4-2. Si = 0.55 mass%
In each condition shown in Table 9, the same as above, No. The layered object according to B2-1 to 8 was manufactured. The physical properties of each layered product were evaluated. Table 9 shows the evaluation results.
表９から分かるように、珪素を０．５５質量％含有する銅合金粉末（金属粉末Ｂ２）を用いた積層造形物では、前述の純銅に比し、仕上がり物性のバラツキを抑制できた。これらの積層造形物では、実用的な機械強度と導電率とを両立できた。またこの組成では、相対密度が９９％を超える緻密さを実現できた。 As can be seen from Table 9, in the layered structure using the copper alloy powder (metal powder B2) containing 0.55% by mass of silicon, it was possible to suppress variations in the finished physical properties as compared with the pure copper described above. With these layered objects, practical mechanical strength and electrical conductivity were compatible. Also, with this composition, it was possible to realize a denseness with a relative density exceeding 99%.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all aspects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 第１粉末層、２ 第２粉末層、１０ 積層造形物、１０ｄ ＳＴＬデータ、２０ ダンベル状試験片、２１ 平行部、２２ つかみ部、２３ 肩部、１００ レーザ積層造形装置、１０１ ピストン、１０２ テーブル、１０３ レーザ出力部、Ｄ１，Ｄ２ 直径、Ｌ０ 全長、Ｌ１，Ｌ２ 長さ、Ｒ 半径、ｄ 厚さ、ｐ１ 第１造形層、ｐ２ 第２造形層、ｐｎ 第ｎ造形層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st powder layer, 2nd powder layer, 10 layered object, 10d STL data, 20 dumbbell-shaped test piece, 21 parallel part, 22 grip part, 23 shoulder part, 100 laser additive manufacturing apparatus, 101 piston, 102 table , 103 laser output part, D1, D2 diameter, L0 full length, L1, L2 length, R radius, d thickness, p1 first modeling layer, p2 second modeling layer, pn nth modeling layer.
Claims (9)
クロムおよび珪素の少なくともいずれかを０．１０質量％以上１．００質量％以下含有し、前記クロムおよび前記珪素の合計量が１．００質量％以下であり、残部が銅からなる、金属粉末。 Metal powder for additive manufacturing,
Metal powder containing 0.10% by mass or more and 1.00% by mass or less of at least one of chromium and silicon, the total amount of chromium and silicon being 1.00% by mass or less, and the balance being copper.
前記粉末層において、所定位置の前記金属粉末を固化させることにより、造形層を形成する第２工程と、を含み、
前記第１工程と前記第２工程とを順次繰り返し、前記造形層を積層することにより、積層造形物を製造する、積層造形物の製造方法。 A first step of forming a powder layer containing the metal powder according to any one of claims 1 to 3,
A second step of forming a modeling layer by solidifying the metal powder at a predetermined position in the powder layer,
A manufacturing method of a layered object, wherein a layered object is manufactured by sequentially repeating the first step and the second step and laminating the modeling layer.
前記銅合金は、クロムおよび珪素の少なくともいずれかを０．１０質量％以上１．００質量％以下含有し、前記クロムおよび前記珪素の合計量が１．００質量％以下であり、残部が銅からなり、
前記銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、
導電率が２６％ＩＡＣＳ以上である、積層造形物。 A layered object composed of a copper alloy,
The copper alloy contains 0.10 mass% or more and 1.00 mass% or less of at least one of chromium and silicon, the total amount of the chromium and silicon is 1.00 mass% or less, and the balance is made of copper. Become
The relative density with respect to the theoretical density of the copper alloy is 96% or more and 100% or less,
A layered object having an electrical conductivity of 26% IACS or more.
前記クロム含有銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、
導電率が３０％ＩＡＣＳ以上である、請求項７に記載の積層造形物。 The copper alloy is a chromium-containing copper alloy containing 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of the chromium, with the balance being the copper.
The relative density with respect to the theoretical density of the chromium-containing copper alloy is 96% or more and 100% or less,
The layered object according to claim 7, wherein the conductivity is 30% IACS or more.
前記珪素含有銅合金の理論密度に対する相対密度が９６％以上１００％以下であり、
導電率が２６％ＩＡＣＳ以上である、請求項７に記載の積層造形物。 The copper alloy is a silicon-containing copper alloy containing 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of the silicon, with the balance being the copper.
The relative density with respect to the theoretical density of the silicon-containing copper alloy is 96% or more and 100% or less,
The layered object according to claim 7, wherein the conductivity is 26% IACS or more.
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