チタン合金粉末の粒子サイズ特性要件
チタン合金 (Ti6Al4V) は、SLM 金属印刷で最も広く使用されている材料の 1 つであり、その粉末特性は印刷品質に決定的な影響を与えます。理想的なチタン合金粉末の粒度分布は15～45μmの範囲にあり、正規分布形状を示します。粒子径が小さすぎる（15μm未満）粉末は流動性が悪く、凝集しやすくなります。また、粉末を散布するプロセス中に飛散粉塵が発生し、印刷品質と操作の安全性に影響を与えます。粒子サイズが過度に大きい（45 μm を超える）粉末は完全に溶融しておらず、不溶融欠陥が発生する傾向があります。粉末のＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０値は規定の範囲内に制御する必要があり、Ｄ５０値は２５〜３５μｍであることが好ましい。粉末の粒度分布幅（スパン）は1.5未満である必要があります。分布が広すぎると、溶融挙動が不安定になります。
粉末の球形度と流動性の関係
粉末の球形度は、SLM 材料の品質を評価するための重要な指標です。高品質のチタン合金粉末の真球度は 90% 以上である必要があり、これは完全な球に近い値です。球状粉末は流動性が高く、粉末の広がりが均一であり、粉末の各層の厚みが均一になります。サテライト粒子 (大きな粒子の表面に付着した小さな粒子) は粉末の流動性を低下させるため、最小限に制御する必要があります。粉末の表面粗さも流動性に影響しますが、誘導結合プラズマ（IGA）アトマイズ法で作製した粉末の表面はより滑らかです。粉体流動性試験には、ホール流量試験と安息角試験が含まれます。流量値は 25s/50g 未満である必要があります。
溶融挙動に対する粒度分布の影響
レーザー照射下では、粒径の異なる粉末粒子の吸光度と溶融速度に違いがあります。微粒子は比表面積が大きく、光の吸収効率が高く、溶融速度が速いという特徴がありますが、過熱や磨耗が起こりやすい性質があります。粗大粒子の溶融にはより高いエネルギー入力が必要であり、溶融深さはより大きくなります。不均一な粒子サイズ分布は、不安定なメルト チャネルを引き起こし、部品の密度と表面品質に影響を与えます。レーザーパラメータは粉末の特性に基づいて最適化する必要があります。エネルギー密度が高すぎるとキーホール効果が発生し、エネルギー密度が低すぎると核融合が不足します。スキャン方法も溶融効果に影響を与えるため、適切なスキャン間隔は粉末の粒子サイズと一致する必要があります。
表面品質と寸法精度の関係
粉末の粒子サイズは、印刷パーツの表面粗さに直接影響します。微粉末によりより繊細な表面が得られ、Ra値を5～10μmの範囲でコントロール可能です。粗い粉末で印刷される表面はより粗く、Ra 値は通常 15 ～ 25 μm です。表面品質の要件が高い部品の場合は、より細かい粉末を使用するか、印刷後に機械加工および研磨する必要があります。粉体の特性も部品の寸法精度に影響します。流動性の良い粉体を使用すると、粉体塗装の厚みが均一になり、Z 方向の精度が向上します。粉末のかさ密度は溶融後の緻密化収縮に影響を与え、ひいては部品サイズに影響を与えます。
粉末の品質管理とリサイクル管理
チタン合金粉末の品質管理は、調達、使用、リサイクルの全プロセスで行う必要があります。新しい粉末を購入する場合、技術仕様を満たしていることを確認するために、材料証明書と粒度分析レポートを取得する必要があります。凝集物や大きな不純物を除去するために、使用前にスクリーニングが必要です。印刷工程中は、粉体の状態を監視し、定期的に新しい粉体を補充し、粉体プール内の粉体の粒径を安定に保つ必要があります。粉体をリサイクルする際には、定期的に粒度分布の変化を検出し、微粉や不純物を選別する必要があります。粉末は、吸湿や酸化を避けるため、乾燥した不活性雰囲気で保管する必要があります。パウダーの使用回数は5〜8回以内に管理することをお勧めします。複数のサイクルを繰り返すと、パウダーの性能が大幅に低下します。