アルミニウム合金積層造形

A: アルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とする混合金属です。 通常アルミニウムに添加されるその他の元素には、銅、マグネシウム、マンガン、シリコン、錫、ニッケル、亜鉛などがあります。

アルミニウムは柔らかくて弱いため、そのままの状態で使用されることはほとんどありません。 他の要素により機械的特性が向上し、さまざまな用途に適したものになります。

A: 製造段階では、アルミニウムが純粋であることはほとんどありません。 代わりに、メーカーはアルミニウムの他の望ましい特性を維持しながら、アルミニウムの強度と剛性を劇的に向上させる合金を形成します。 アルミニウムとスチールはどちらも非常に幅広い製品に使用されているため、専門家も非専門家もよくこの 2 つの金属を比較します。

しかし、アルミニウムと鋼を比較するのは、リンゴとオレンジを比較するようなものです。鋼はすでに合金ですが、アルミニウムは元素です。 基本的な合金鋼である炭素鋼は、鉄 (Fe) と炭素 (C) で構成されています。 純粋なアルミニウムは、多くの優れた特性にもかかわらず、柔らかすぎて、ほとんどの産業用途には十分な強度がありません。 しかし、アルミニウム合金は純アルミニウムの 30 倍の強度を持つことができ、強度対重量比では鋼を常に上回ります。

A: アルミニウムとステンレス鋼: 主な違い

• 強さ

ステンレス鋼はアルミニウムよりも重く、強度があります。 実際、アルミニウムは鉄の約1/3の重さです。 ステンレス鋼の方が強度がありますが、アルミニウムはステンレス鋼よりも強度と重量の比率がはるかに優れています。

• 導電率

スチールは緻密な保護酸化層のため、電気を通しにくい素材です。 一方、アルミニウムは非常に優れた電気伝導体および熱伝導体です。

• 料金

重量ベースで価格を見ると、アルミニウムはステンレス鋼よりも高価です。 ただし、容量当たりの価格で見ると、より多くの製品を入手できるため、アルミニウムの方が費用対効果が高くなります。

• 耐熱性

ステンレス鋼とアルミニウムを比較すると、ステンレス鋼は融点が 2500 °F で耐熱性がはるかに優れていますが、アルミニウムは 400 °F 付近で融点が 1220 °F で非常に柔らかくなります。 ただし、アルミニウムは低温では鋼よりも有利です。 温度が下がるとアルミニウムの引張強さは増加しますが、鋼は低温では脆くなります。

• 耐食性

アルミニウムは錆びません。 ただし、塩分にさらされると腐食します。 ステンレスは耐食性に優れ、錆びにくいです。 さらに、ステンレス鋼は非多孔質であるため、耐腐食性が高くなります。

• 環境への影響、リサイクル可能性

ステンレスはリサイクル性に優れていることで知られています。 Napa Recycling によると、鉄鋼は世界で最もリサイクルされた材料です。 独特の磁気特性を備えているため、リサイクルのために廃棄物の流れから簡単に回収できます。 また、何度リサイクルしても鉄の性質は変わりません。

スチールは最もリサイクル可能な材料ですが、アルミニウムはすべての材料の中で最もリサイクル可能です。 実際、廃棄されたアルミニウムは、リサイクル箱にある他のどの素材よりも価値があります。 アルミニウムは真の閉ループで何度もリサイクルできるため、米国で生産されるアルミニウムのほぼ 75% が今日でも使用されています。 アルミニウムのリサイクルについて詳しくは、アルミニウム協会をご覧ください。

• アルミニウムとスチールのさまざまな用途

アルミニウムとスチールはどこにでもあります。 特定の場所を見回せば、これらの金属のいずれかを含むものが見つかる可能性があります。 以下に、ステンレス鋼とアルミニウムの一般的な用途をいくつか示します。

A: アルミニウムの長所と短所

長所

• より安価なオプションです
• 無臭かつ不浸透性
• 反射性と柔軟性
• 高い加工性とリサイクル性
• 耐食性
• 高い熱伝導性と電気伝導性

短所

• 難しい溶接工程
• 塩水ではすぐに腐食する
• 包装食品の味に影響を与える可能性があります

A: アルミニウムとチタンはさまざまな用途に最適な選択肢ですが、すべてのプロジェクトに適しているわけではありません。 独自の用途に合わせて金属を選択する前に、次のようないくつかの要素を考慮する必要があります。

アプリケーション

チタンとアルミニウムのそれぞれの特性により、さまざまな用途に最適です。 たとえば、チタンは耐熱性材料が必要な用途に最適です。 これらには、医療用途、衛星コンポーネント、海洋コンポーネント、備品が含まれます。

一方、アルミニウムは、車両や自転車のフレーム、ヒートシンク、電気導体、小型ボート、および高い熱伝導率を必要とするその他の用途に適しています。

オプションの機械加工プロセス

プロジェクトに選択した材料によって、最終製品の幾何学的な形状が決まります。 また、部品の製造時に材料に使用される加工方法も決定されます。 アルミニウムは幅広いプロセスに適合します。 部品を迅速に作成する必要がある場合に、高品質のコンポーネントを提供します。

また、この材料はチタンよりも加工が容易で、公差要件が厳しい複雑な部品を作成する場合に適した選択肢です。

料金

生産コストは、プロジェクト用の金属を選択する際に考慮しなければならない基本的な要素の 1 つです。 一般に、アルミニウムは、精密機械加工やその他の多くの試作プロセスに使用されるコスト効率の高い金属です。 コンポーネントの製造は、多くの場合、チタンよりもアルミニウムの方が安価です。

チタンはアルミニウムに比べて抽出コストと製造コストが高くなります。 価格が高いため、用途が制限されます。 ただし、チタンの加工コストが問題にならない場合、チタンは加工目的に理想的な素材です。

重量と強度

チタンとアルミニウムの重量と強度も、これらの金属の違いです。 チタンの密度は 4500 kg/m3 であるのに対し、アルミニウムの密度は 2712 kg/m3 です。 その結果、チタンはアルミニウムに比べて重くなります。 これは、製品を軽量化するために、機械加工に必要なチタンの量を減らすことを意味します。

強度を考えるとチタンの方が優れています。 引張強さは 230 MPa ～ 1400 MPa であり、これに比べてアルミニウムの引張強度は 90 MPa ～ 690 MPa です。 純チタンは出力が低く、純アルミニウムは出力が弱いです。 ただし、ニーズに応じてアルミニウムと他の合金を組み合わせて強度を高めることができます。

発生する廃棄物

複雑なデザイン幾何学プロジェクトを扱う場合、機械加工の無駄も重要な要素となります。 複雑なデザインの幾何学形状により、選択した材料に関係なく加工方法が制限される場合があります。 その結果、余分な材料を切削することが避けられなくなります。 場合によっては、ほとんどの製造業者はプロトタイピングにアルミニウムを使用し、特殊用途の製品の小ロット生産にはチタンが使用されます。 ほとんどの場合、全体のコストを削減できるため、チタンではなく安価なアルミニウムを選択することをお勧めします。

美的要件

一部のフライス加工部品では、美的な仕上げのために特定の色を適用する必要があることがよくあります。 チタンは銀色の表面を与え、光の下ではより暗く見えます。 一方、アルミニウムは銀白色の外観を持っています。 選択した素材によって、製品の色がシルバーか鈍いグレーかが決まります。 ただし、どちらの材料も、ビードブラスト、研磨、クロムメッキなど、他のさまざまな金属表面仕上げ手順を行うことができます。

結論

チタンとアルミニウムは、それぞれ優れた特性、利点、用途を備えた金属です。 ほぼ同様の性質を持っていますが、一方が他方よりも適している個別の用途があります。 チタンは耐熱用途に最適ですが、アルミニウムはプロジェクトに必要な最高の熱伝導率を備えています。

A: どちらの金属も耐久性に優れており、長期間使用できます。 それでも、耐久性と剛性の点ではチタンが第一です。 そのコンポーネントは摩耗や破損の兆候が見られず、何年も持続します。 チタンは耐食性に優れ、応力にも強いので長持ちします。

A: 特定の色を使用してチタンとアルミニウムを区別するのは非常に簡単です。 チタンは濃い銀色ですが、アルミニウムは通常、表面によって銀白色からくすんだ灰色まで変化します。 さらに、チタンはアルミニウムよりもはるかに硬く感じられます。 アルミニウムは通常、ヤスリがけすると柔らかい素材の塊をこすり落としますが、チタンはそうではありません。

A: AlSi7Mg 材料は、Si の体積分率が低いため固溶硬化効果が弱く、その結果、AlSi10Mg 材料よりも引張強度が低く、硬度が低く、伸びが高くなります。 熱処理後、両方の材料の引張強度と降伏強度が低下し、伸びが増加しました。

A: AlSi10Mg は、軽量で柔軟な後処理オプションを提供しながら、低密度、耐食性、優れた鋳造性を兼ね備えた優れた機械的特性を備えたアルミニウム合金です。

強度が高く、比較的硬度が高く、熱伝導率も高いため、高負荷がかかる部品に使用されます。

アプリケーションには、プロトタイピングと製造の両方を目的としたハウジングやダクト、エンジン部品、生産ツールや金型が含まれます。

A: 最も一般的に使用される MIG アルミニウム溶接ワイヤは ER4043 と ER5356 です。 ER4043 は、2014、3003、3004、4043、5052、6061、6062、6063 アルミニウム合金の溶接に使用される汎用 MIG 溶接ワイヤです。 溶接部は高い延性と優れた耐亀裂性を備えています。

A: 一般的に、金属 3D プリンタで使用される金属粉末には、工具鋼、ステンレス鋼、マルテンサイト鋼、純チタンおよびチタン合金、アルミニウム合金、ニッケル基合金、銅基合金、コバルトクロム合金などが含まれます。

A: 合金 3003: すべてのアルミニウム合金の中で最も広く使用されています。 強度を高めるためにマンガンを添加した商業用純アルミニウム (1100 グレードより 20% 強度が高い)。 耐食性、加工性に優れています。 このグレードは、深絞り加工またはスピニング加工、溶接またはろう付け加工が可能です。