IMTS 2022: Hyperion によるタングステンカーバイドの 3D プリント

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最近シカゴで開催された IMTS 2022 で、私は Hyperion Materials & Technologies のブースを訪問する機会がありました。Hyperion Materials & Technologies は、炭化タングステン粉末、工業用ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、その他の先端材料の開発と製造で数十年の経験を持つ世界的な材料科学企業です。 。 2018 年 7 月以来独立企業となっていますが、オハイオ州に本拠を置く Hyperion は、Diamond Innovations (旧 GE Superabrasives) と Sandvik Hard Materials の合併により誕生し、現在世界中で 1,600 人以上の従業員を擁し、6 つの拡張ブランドとブランドを買収しています。数えています。

Hyperion は積層造形 (AM) のみに注力しているわけではないため、Hyperion ブースでは 3D プリントされたものは何もありませんでした。 しかし、Hyperion のグローバル マーケティング責任者である Matthew Seymour 氏は、石油・ガス業界向けの大型部品から小さな医療部品に至るまで、同社が提供する材料の例をいくつか見せてくれました。 実際、同社の事業の 1 つは、緑内障の治療に使用される、FDA が承認した最小のインプラントを製造しています。 Hyperion が提供する 3D プリントはすべて超硬合金タングステンをベースにしており、高い耐摩耗性を提供し、AM のおかげで複雑な幾何学的特徴を実現できるようになりました。

ハイペリオンは、インコネルなどの超合金の加工用に設計された受賞歴のあるAM110グレードのタングステンカーバイドロッドブランクなど、いくつかの新製品をIMTSで展示しました。 さらに、ハイペリオンは、立方晶窒化ホウ素 (CBN) および合成ダイヤモンド製品の強化された製品と、顧客と直接協力して硬質材料から作られた精密完成品コンポーネントを設計および製造するハイペリオンのプレシジョン ソリューションと呼ばれる新事業を披露しました。超硬質素材。

エンジニアリング ソリューションおよび研究開発担当シニア バイスプレジデントのビジュ ヴァルギース氏が私に説明してくれたように、Hyperion は 3 つの大きなグループで構成されており、エンジニアリング ソリューションは「粉末から完成部品に至るまでのあらゆるもの」を、多くの場合非常に高い公差で変換しています。 。

「私たちは材料科学の会社です」と彼は私に言いました。 「私たちはいわゆる先端材料に重点を置いており、基本的には炭化タングステン、少量のセラミック、そして合成ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素で構成されており、先端材料の中でもハイエンドに位置します。」

3DPrint.com 用の Sarah Saunders による写真

バルギース氏は、ハイペリオンの従来の非AMプロセスは粉末から始まり、粉末が採掘され、加工されて炭化タングステンが得られると述べた。 同社はこの材料を使用し、異なる金属特性を備えた他の材料を使用したレシピを作成します。 次に、これをプレスして基本的な形状に固めます。 フィーチャーが機械加工された後、部品は焼結され、プレスされたフィーチャーを備えた固体が得られます。 最後に、部品は研削や研磨などの技術で仕上げる必要があります。

「つまり、それを 3 つの大きなカテゴリに分類すると、適切な粉末を作ることが重要になります。カーバイドにはさまざまなグレードがあり、さまざまな用途があるからです」と同氏は述べ、Hyperion が対象用途を備えた約 250 種類の異なるバリエーションを提供していると説明しました。 「したがって、そのレシピを準備することは、私たちにとって大きな能力領域です。」

同社の次の主要な能力カテゴリは、完全に緻密な部品を得るためにボディを圧縮および焼結するプロセスであり、3 番目のプロセスは、非常に厳密な公差と仕様を満たすための仕上げです。

3D プリントされたタングステンカーバイドロッドと冷却剤チャネル

同氏は、3Dプリンティングの観点から、Hyperionがやろうとしていることは、プレスではなくプリンティングに最適なユースケースコンポーネントを見つけることであると説明した。その理由は、「目的は同じである。私たちが形成したいのは、特定の機能を備えたボディだ」と説明した。 」

「3D プリントを使用すると、プレスして焼結するのが非常に簡単ではない特定のボディを作成できます」と Varghese 氏は続けました。

これは、添加剤についてよく聞かれることです。添加剤は、従来の製造プロセスでは提供できない機能や形状などを実現できます。

焼結前の 3D プリント部品

3D プリントには適切な種類の粉末を入手することが重要であり、古い焼結プロファイルをそのまま使用することはできないと Varghese 氏は説明しました。 そのため、同社は 250 の粉末レシピをゆっくりと調べて、AM 向けに開発するのに適切なレシピを見つけており、それが完了すると、焦点は粉末からプロセス自体に移る予定です。

「私たちはこれを3年近く開発してきました」と彼は言いました。 「独自の能力を開発するという私たちの目的は、基本に立ち返り、3D プリンティング用にカスタムメイドされた独自のパウダーを開発したいと決意することでした。私たちにとって 3D プリンティングのプロセス自体は非常に標準的なものであるため、焼結に重点を置いています。なぜなら、そこから特別な特性を作り出すことができるからです。」

Hyperion の R&D センターでの材料分析

Hyperion の硬質材料および超硬質材料の用途には、必ずしも 3D プリンティングに使用する必要はありませんが、前述したように、医療用インプラントや石油・ガスのほか、誘導システム用の小型コンポーネント、自動車および航空宇宙分野の切削工具、自動車用ロールなどが含まれます。鉄鋼業、アルミニウム飲料缶を製造するためのチューブなど。 Varghese 氏が言及した具体的な 3D プリンティング アプリケーションの 1 つは、回路基板の製造に使用されるタングステン カーバイド ノズルでした。

「一度に1ナノリットルを1秒間に1,000回吐出できるノズルを作ることができる」と同氏は語った。 「つまり、これは大量の高精度のアプリケーションであり、これらすべてのノズルコンポーネントを作成します。」

3D プリントされた炭化タングステン ノズル

Varghese 氏は、オハイオ州に本拠を置くダイヤモンド会社、そしてスウェーデンのサンドビック社に端を発したこの会社の背景についてもう少し詳しく説明しました。 2013年に先進材料に注力するサンドビック・ハイペリオンが設立され、2018年にハイペリオンは独立した。これは「素晴らしい動きだ」と同氏は述べた。 サンドビックは非常に大企業であり、採掘と切断 (3D プリンティングを含む) に重点を置いていますが、ハイペリオンの従業員は材料面のほんの一部にすぎませんでした。

「現在、私たちは独立した企業として、材料分野への本格的な成長に注力しています」と彼は語った。

ハイペリオンは現在、メキシコ、フランス、ドイツから台湾、バルセロナ、イタリアに至るまで、世界中に工場を持っています。 一連のコンピテンシーを強化するために、同社は過去 1 年半にわたって他のいくつかの企業も買収しました。

「私たちは非常に体系的な方法でそれに取り組んでおり、どのような機能セットをポートフォリオに追加する必要があるかを検討しています。私たちは単に無作為に企業を買収しているわけではありません。それが私たちの戦略にどのように適合するのか、そしてどこに何をすべきなのかについて非常に具体的に考えています」成長の機会を見てください。」

AM パウダーが完全な球形であることが重要かどうかについては、多くの議論を聞いてきました。 高品質の部品を製造するために、粉末を高品質にしたいのは明らかですが、完璧ではない粉末はリサイクルできるのに無駄になってしまうのでしょうか? 私がヴァルギーズに意見を尋ねたところ、彼は球状の粉末が重要であると言いました。

「それは形状とそのサイズです。1 つは、ノズルを通って流れなければなりません。オリフィスを通って流れたいあらゆる用途では、サイズと形状が重要です。つまり、私にとって、全体としてエンジニアリングは重要です」パウダーはとても重要だ」と彼は答えた。 「もう 1 つは、各顆粒の密度が重要であるということです。」

彼は私たちの会話の前半部分を思い出させました。ハイペリオンの伝統的な炭化タングステン製造プロセスでは、粉末をキャビティに入れてプレスすることを意味していたと説明しました。 これらの顆粒はすでに中空になっているため、プレス中に粉砕すると、梱包が非常に簡単になります。

対照的に、金属AMプロセスでは隙間が残り、その一部は焼結によって埋めることができるが、「これらすべての隙間を埋めるのに十分な金属はない」と同氏は述べた。 より小さい粒子を使用して、残りのスペースの一部を埋めることはできませんが、すべてを埋めることはできません。そのため、これらの小さな粒子のサイズと密度を使用してギャップを埋める方法を決定することが重要です。

「流動粒子を焼結するのに十分な密度を持つことと、100% の密度のボディを得る間のバランスが難しいのです。そうでないと、毛穴ができてしまいます。」

3D プリントされた炭化タングステン製の流量制御コンポーネント

Varghese 氏は、Hyperion がバインダの噴射を含むタングステンカーバイドを処理するための複数の AM 技術を研究していると指摘しました。 同氏は、それぞれに長所と短所があるため、同社は最終的に複数のプロセスを使用することになる可能性が高いと述べた。

特に明記されていない限り、画像は Hyperion から提供されています。

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