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公開番号2025165145
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-04
出願番号2024069072
出願日2024-04-22
発明の名称積層造形用の金属粉末材料および積層造形物の製造方法
出願人株式会社ソディック
代理人SK弁理士法人,個人,個人
主分類B22F 1/00 20220101AFI20251027BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】粉末溶融結合法で製造した時点で高い強度と靭性、および優れた造形性といったマルエージング鋼の時効処理前の鋼材の性質を有し、かつ、適度な硬度を持ち、残留応力が解放されていて寸法精度が高く、さらに必要に応じて実施される時効処理によってマルエージング鋼の性質を有する、積層造形物を生成することができる積層造形用の金属粉末材料および積層造形物の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明によれば、C(炭素):0.03質量%超0.4質量%以下、Si(ケイ素):0.1質量%以上0.5質量%以下、Mn(マンガン):0.2質量%以下、Co(コバルト):0.1質量%以下、Ni(ニッケル):17質量%以上19質量%以下、Mo(モリブデン):1.5質量%以上2.5質量%以下、Ti(チタン):0.5質量%以上2.0質量%以下、Al(アルミニウム):0.8質量%以上1.1質量%以下、を含み、残部はFe(鉄)および不可避的不純物からなる積層造形用の金属粉末材料が提供される。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
Ｃ（炭素）：０．０３質量％超０．４質量％以下
Ｓｉ（ケイ素）：０．１質量％以上０．５質量％以下
Ｍｎ（マンガン）：０．２質量％以下
Ｃｏ（コバルト）：０．１質量％以下
Ｎｉ（ニッケル）：１７質量％以上１９質量％以下
Ｍｏ（モリブデン）：１．５質量％以上２．５質量％以下
Ｔｉ（チタン）：０．５質量％以上２．０質量％以下
Ａｌ（アルミニウム）：０．８質量％以上１．１質量％以下
を含み、残部はＦｅ（鉄）および不可避的不純物からなる積層造形用の金属粉末材料。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
造形領域に請求項１に記載の積層造形用の金属粉末材料を供給して所定厚みの材料層を形成する材料層形成工程と、
前記材料層の所定の照射領域にレーザ光を照射して固化層を形成する固化工程と、
１層または複数層の前記固化層が新たに形成される毎に前記固化層のうち少なくとも新たに形成された前記固化層である上面層を第１温度、第２温度、第１温度の順番で温度調整する温度調整工程と、を備え、
第１温度をＴ１、第２温度をＴ２、前記固化層のマルテンサイト変態開始温度をＭｓおよび前記固化層のマルテンサイト変態終了温度をＭｆ、とすると、下記式（１）から（３）の関係が全て満たされる、
Ｔ１≧Ｍｆ（１）
Ｔ１＞Ｔ２（２）
Ｔ２≦Ｍｓ（３）
積層造形物の製造方法。
【請求項３】
前記固化層を切削する切削工程をさらに備え、
前記切削工程は、前記上面層を第１温度から第２温度に温度調整後、第２温度から第１温度に温度調整する前に、前記固化層を切削する、請求項２に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項４】
前記上面層を第１温度に調整後の前記積層造形物の寸法Ｈ１と、前記上面層を第１温度から第２温度に調整後、再び第１温度に調整されたときの前記積層造形物の寸法Ｈ２とによって表される寸法膨張率が下記式（４）を満たす、
０．３＜｛（Ｈ２－Ｈ１）／Ｈ１｝×１００＜１．０（４）
請求項２に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項５】
前記上面層を第１温度から第２温度に温度調整後の前記積層造形物の表面硬度は、ロックウェル硬さＨＲＣ３９～４５である、請求項２に記載の積層造形物の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形用の金属粉末材料および積層造形物の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、金属の積層造形物の製造方法の１種として粉末溶融結合法が知られている。粉末溶融結合法の一種として粉末床溶融結合法なども知られている。例えば、粉末床溶融結合法は、不活性ガスが充満された密閉されたチャンバ内において、上下方向に移動可能な造形テーブル上に金属粉末材料からなる材料層を形成し、この材料層の所定箇所にレーザ光を照射して照射位置の金属粉末材料を焼結または溶融させることを繰り返すことによって、複数の固化層を積層して所望の三次元造形物を造形する手法である。
【０００３】
そうした粉末溶融結合法に適した金属粉末材料としてマルエージング鋼を生成することができる金属粉末材料がある。マルエージング鋼は、高張力、高靱性を有し、時効処理前の機械加工性については比較的優れた鋼である。実際に粉末溶融結合法では、マルエージング鋼を生成することができる金属粉末材料やマルエージング鋼相当の鋼材を生成することができる金属粉末材料が使用されている。
【０００４】
特許文献１には、マルエージング鋼相当の鋼材を生成することができる金属粉末材料が開示されている。当該金属粉末材料は、コバルトを含まないことにより安全性が高く、マルエージング鋼の性質を有する鋼材を生成することができるという特徴を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６６９２３３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
粉末溶融結合法では、材料層へのレーザ光の照射により形成された固化層は、固化直後は非常に高温であるが、不活性ガス雰囲気や、既に形成されている固化層および造形プレートへの放熱等により温度が急速に低下する。このとき、金属では熱膨張係数が正であるために体積が収縮する。しかし、隣接する溶融層や造形プレートとの密着により収縮量は制限されるため引張応力として残留する。これを繰り返すと、その引張応力により造形物は変形し、時には割れが発生する。よって、当該金属粉末材料を用いて造形をしても、所望の寸法精度を有する造形物を得ることは困難であった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、粉末溶融結合法で製造した時点で高い強度と靭性、および優れた造形性といったマルエージング鋼の時効処理前の鋼材の性質を有し、かつ、適度な硬度を持ち、残留応力が解放されていて寸法精度が高く、さらに必要に応じて実施される時効処理によってマルエージング鋼の性質を有する、積層造形物を生成することができる積層造形用の金属粉末材料および積層造形物の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、以下の発明が提供される。
［１］Ｃ（炭素）：０．０３質量％超０．４質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０．１質量％以上０．５質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．２質量％以下、Ｃｏ（コバルト）：０．１質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：１７質量％以上１９質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：１．５質量％以上２．５質量％以下、Ｔｉ（チタン）：０．５質量％以上２．０質量％以下、Ａｌ（アルミニウム）：０．８質量％以上１．１質量％以下、を含み、残部はＦｅ（鉄）および不可避的不純物からなる積層造形用の金属粉末材料。
［２］造形領域に［１］に記載の積層造形用の金属粉末材料を供給して所定厚みの材料層を形成する材料層形成工程と、前記材料層の所定の照射領域にレーザ光を照射して固化層を形成する固化工程と、１層または複数層の前記固化層が新たに形成される毎に前記固化層のうち少なくとも新たに形成された前記固化層である上面層を第１温度、第２温度、第１温度の順番で温度調整する温度調整工程と、を備え、前記第１温度をＴ１、前記第２温度をＴ２、前記固化層のマルテンサイト変態開始温度をＭｓおよび前記固化層のマルテンサイト変態終了温度をＭｆ、とすると、下記式（１）から（３）の関係が全て満たされる、積層造形物の製造方法。
Ｔ１≧Ｍｆ（１）
Ｔ１＞Ｔ２（２）
Ｔ２≦Ｍｓ（３）
［３］前記固化層を切削する切削工程をさらに備え、前記切削工程は、前記上面層を第１温度から第２温度に温度調整後、第２温度から第１温度に温度調整する前に、前記固化層を切削する、［２］に記載の積層造形物の製造方法。
［４］前記上面層を第１温度に調整後の前記積層造形物の寸法Ｈ１と、前記上面層を第１温度から第２温度に調整後、再び第１温度に調整されたときの前記積層造形物の寸法Ｈ２とによって表される寸法膨張率が下記式（４）を満たす、［２］または［３］に記載の積層造形物の製造方法。
０．３＜｛（Ｈ２－Ｈ１）／Ｈ１｝×１００＜１．０（４）
［５］前記上面層を第１温度から第２温度に温度調整後の前記積層造形物の表面硬度は、ロックウェル硬さＨＲＣ３９～４５である、［２］～［４］のいずれか１つに記載の積層造形物の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る積層造形用の金属粉末材料では、これを用いて積層造形物を製造する過程で温度調整により残留応力を抑制することができるため、寸法精度が高い積層造形物を得ることができる。製造直後の積層造形物は、適度な硬度、高い靭性、および優れた造形性といったマルエージング鋼の時効処理前の鋼材の性質を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
積層造形装置１を用いた積層造形方法の説明図である。
積層造形装置１を用いた積層造形方法の説明図である。
積層造形装置１を用いた積層造形方法の説明図である。
炭素含有量が異なる３つの金属粉末材料を用いた積層造形物の製造方法の温度調整工程における上面層の温度に対する寸法膨張率の変化を示すグラフである。
実施例１の金属粉末材料を用いた積層造形物の製造方法の温度調整工程における上面層の温度に対する積層造形物の寸法の変化を示すグラフである。
実施例１と比較例１の金属粉末材料を用いて積層造形物を製造した後の造形プレートの反りを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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