LPWテクノロジー社 金属積層造形用高品位パウダー

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SLM・EBM・LMDというレーザーを用いた積層造形加工において、適度な粒度と最適な形状のパウダーをお客様のニーズにあわせて提供させて頂きます。
それだけでなく、ご希望の成分のパウダーをお手頃な値段でアトマイズすることも可能です。

> SLMソリューションズ社の3D金属積層造形システムはこちら

ニッケル系 及び コバルト系パウダー

ニッケル系 及び コバルト系パウダー

インコネル相当、ハステロイ相当、トリバロイ相当、ステライト相当、その他航空宇宙向け耐熱、耐摩耗合金。

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鉄系パウダー

鉄系パウダー

マルエージング(マレージング)鋼、工具鋼、高速度鋼(ハイス)、SUS系材料。

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チタン系パウダー

マルチアングルバイス

純チタン、各グレードのチタン合金等。

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アルミ系パウダー

アルミ系パウダー

4000番、5000番、6000番、7000番系の各種アルミ合金。

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その他のパウダー

その他のパウダー

セラミック系(WC、CW-CoCr等)純銅、各種銅合金。

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会社概要

LPWテクノロジー社AM(Additive Manufacturing)がヨーロッパで始まった際に、いち早くAM向けパウダーの開発・製造を開始した、イギリスのパウダー供給メーカーです。
形状において類を見ない品質を実現した材料メーカーです。
SLMEBMLMDというレーザーを用いた積層造形加工において、適度な粒度最適な形状のパウダーをお客様のニーズにあわせて提供させて頂きます。
それだけでなく、ご希望の成分のパウダーをお手頃な値段でアトマイズすることも可能です。国内の溶接事情に精通した愛知産業と、ヨーロッパの最新技術を提供するLPWテクノロジー社のコラボレーションは金属パウダーによる積層造形において、あらゆるソリューションを提供致します。

会社沿革

LPWテクノロジー社 会社沿革

製品とサービス

@ Professional & Confidential
全ての事業は厳しい機密保持契約のもと遂行します。
A Personal & Technical
LPWテクノロジー社はお客様の立場で考えます。
B Socially Responsible
毎年利益の5%をチャリティーに寄付しています。

LPWテクノロジー社 製品とサービス

C 金属パウダー
LPWテクノロジー社はレーザ肉盛、パウダーベッド及び金属積層造型用のパウダーを開発しております。
D 素早い製造サービス
LPWテクノロジー社は金属積層造型の施工に関してあらゆるサービスを提供致します。

金属積層造形用パウダーで重要なこと

@ コスト
LPWテクノロジー社は、あらゆる合金を手頃な価格で開発してきました。
A 安定性
私たちは、SLM(セレクトレーザー)、EBM(電子ビーム)およびLMD(レーザーメタルデポジション)に最適化された金属パウダーの開発・供給市場のリーダーです。
B 品質
品質は、ISO9001およびAS9120を厳密に順守することが保証されています。

LPWテクノロジー社 金属積層造形用パウダーで重要なこと

金属積層造型に要求される金属パウダーサイズ

● SLM(セレクトレーザ)用
推奨サイズ:15〜45μm
● EBM(電子ビーム)用
推奨サイズ:50〜100μm
● LMD(レーザメタルデポジション)用
推奨サイズ:50〜150μm

合金の開発

ご要望の成分の合金をアトマイズ(パウダー化)致します。すべてのパウダーについて、あらゆる粒度の物を取り揃えています。
例)ニッケル系、コバルト系鉄系チタン系アルミ系銅系 など

アトマイズ(粉末化)製造方法の種類と特徴

ガスアトマイズ法 電極誘導溶解ガスアトマイズ法(EIGA) プラズマアトマイズ法 プラズマ回転電極法(PREP) 遠心力アトマイズ法

ガスアトマイズ法
ガスアトマイズ法
  • 最も一般的な生産工程
  • ガスまたは真空溶解
  • アルゴンまたは窒素ガスを使用
  • 20〜125 μm (+600/-120 メッシュ)
  • サイズが、おおよそ50%
  • 原料供給が容易
  • サテライト(生成粒子の表面に付着する微細粒子がある)
  • 内部のポロシティ(内部に気孔がある)
  • 少量生産には向かない
電極誘導溶解ガスアトマイズ法(EIGA)
電極誘導溶解ガスアトマイズ法(EIGA)
  • 湯だまり不要
  • Arまたは窒素ガスを使用
  • 20〜125 μm(+600/−120 メッシュ)
  • サイズが、おおよそ50-60%
  • 少量の反応性金属の生産に向く
  • サテライト(生成粒子の表面に付着する微細粒子がある)
  • 内部ポロシティ(内部に気孔がある)
プラズマアトマイズ法
プラズマアトマイズ法
  • ポロシティ(内部の気孔)の少ないパウダー
  • 球状のパウダー
  • 20〜125 μm (+600/-120 メッシュ) サイズ範囲が、おおよそ50%
  • 反応性材料のリピート生産に向く
  • ワイヤと供給装置が必要
  • 生産効率が低い
プラズマ回転電極法(PREP)
プラズマ回転電極法(PREP)
  • ポロシティ(内部の気孔)の少ないパウダー
  • 奇麗な球状のパウダー
  • 低ニッケルの為のプロセス
  • 原材料が非常に高価
  • 149μm(−100 メッシュ)以下の割合 = およそ15%
遠心力アトマイズ法
遠心力アトマイズ法
  • 球状のパウダー
  • ガスに比べてポロシティ(内部の気孔)が少ない
  • PREP やPLASMAより安い
  • GA(ガスアトマイズ法)より高い
  • バッチサイズが500kg
  • 反応性の低い材料のみ
ガスアトマイズ(パウダー化)のプロセス
ガスアトマイズ(粉末化)のプロセス
  1. 原材料を投入します。
  2. 原料、解放状態、ガスシールドまたは真空環境下で、誘導電気炉で溶融されます。
  3. 溶融状態で、その化学組成が要求品質になるまでチェックと調整が行われます。
  4. 溶融状態のまま、湯だまりに移します。
  5. 融解した金属を噴出させ、高圧ガスによって細かい粒状になります。このとき炉の中で落下しながら冷却され、球状になります。
  6. 固化されたパウダーは、大気に触れる前に不活性ガス環境下で回収されます。
  7. パウダーは、顧客の要望に応じて選別・分類されます。
  8. パウダーの成分分析を行います。
  9. ブレンドと分析を行います。

金属3Dプリンタ用高品位粉末とその活用

本社営業本部 営業企画部 木寺正晃

1. はじめに

 アメリカのオバマ大統領が金属の3Dプリンタの重要性を訴え、国家事業として推進するべくNAMII(National Additive Manufacturing Innovation Institute)という研究所を開設したのは記憶に新しい。ドイツなどのヨーロッパ諸国でも、すでに2010年頃には国家プロジェクトとして金属の3Dプリンタ関連の事業のサポートを開始していた。しかしながら日本で3Dプリンタが広く知られるようになったきっかけは、2012年にアメリカでクリス・アンダーソンが発表しベストセラーとなった『MAKERS』と、2013年2月に行われたオバマ大統領の一般教書演説のなかで、「3Dプリンタを活用してアメリカに製造業を呼び戻す」と述べた事をメディアが大きく取り上げたことである。

 こういった国々の動きに触発されてか我が国でもようやく昨年、経済産業省主導のもと、国産の金属向け3Dプリンタを開発するべく動き始めた。また、日本でこれらの技術は樹脂を含めて3Dプリンタと呼ばれる事が多いが、海外の文献などではAM(Additive Manufacturing:アディティブ・マニュファクチュアリング)積層造形技術と呼称するのが一般的である。しかしながら世界ですでに1,000台が販売されているのに対し、日本国内では30台前後というのが実情であると考えられる。また、金属の積層造形そのものに関する技術が脚光を浴びているが、その材料について深く述べている物はまだまだ少ないと言っていいだろう。

図1 レーザクラッディング
図1 レーザクラッディング

 また、あらゆる形状が簡単に誰でも作成でき、物作りの歴史が根本から変わってしまうというような話を聞くこともあったが、果たして本当にそうなのであろうか。今回は、金属の積層造形に関する歴史とともに、2007年に創立されて以来、金属の積層造形技術である、SLM(Selective Laser Melting:セレクティブ・レーザ・メルティング)EBM(Electron Beam Melting:エレクトロン・ビーム・メルティング)、そしてLMD(Laser Metal Deposition:レーザ・メタル・デポジション)またはDMD(Direct Metal Deposition:ダイレクト・メタル・デポジション)用の金属粉末においてヨーロッパでトップのシェアを誇るLPW Technology社とその粉末について述べるとともに、そのマーケットや将来の展望について述べる。

2. 金属の積層造形システムの歴史

 金属の積層造形技術としては、従来のアーク溶接に見られる溶接ワイヤの代わりに金属粉末を送り、レーザにてその粉末を溶かして数100μmから、1mm〜2mmずつの層を積み重ね造形を行うレーザクラッディングと呼ばれる技術(図1)と、あらかじめ金属粉末を敷きつめ、その上からレーザを照射することでレーザが照射された部分のみが数10μmと言う厚みで肉盛りされ、粉を敷いてレーザを照射するという作業を数千層、数万層繰り返すパウダーベッド方式、いわゆる積層造形(図2)とがある。

図2 積層造型の概念図
図2 積層造型の概念図

 そもそも金属の積層造形のひな形ともいえる技術を、パウダーベッド方式で最初に開発したのは日本人だということをご存知の方は多いと思うが、現在その核となる特許関連を開発・所有している大本についてご存知の方は少ないと思われる。今回は特にレーザを熱源としたパウダーベッド方式の技術につい述べる。これらの技術は初期の段階ではラピッド・プロトタイピング、次にラピッド・マニュファクチュアリング、そして現在のアディティブ・マニュファクチュアリングと名前を変えて発展してきた。

 そもそもの技術はドイツのエッセンにあるクルップ社にて1994年頃から"The root SLM process"というタイトルで開発が行われ、時を同じくして1995年頃からドイツのF&S社、TRUMPF社そしてFraunhofer(ILT)が主体となってさまざまな特許を取得してきた背景がある。また現在においても金属の積層造形関連設備においてのメーカーの多くがドイツの企業である。

 ここにきて国産の金属用積層造形機の開発などが叫ばれるようになったのも、オバマ大統領の発言があったことも大きいが、この頃に取得された特許のうち期限が切れ始め自由に使えるようになってきたことも大きな要因の一つである。日本国内においては経産省のプロジェクトとして従来よりも施工エリアが大きく、なおかつ金額を5,000万円以下に押さえた国産機とその専用材料を開発するということをはじめ、その開発に補助金が出されていることもあるようである。

 すでに先行するメーカーがあり、なおかつ各国が国家プロジェクトとして進める金属の積層造形機の開発に日本が参加したことはうれしくもあるが、その困難さは想像に固くない。

3. LPWテクノロジー社について

 LPWテクノロジー社は2007年にDr Philip A Carroll氏によって設立された比較的若い会社であるが、SLM、EBM、LMD用の材料を供給することを目的としており、これらの技術のための材料開発に大きく貢献をしてきた会社である。従来の金属粉末の供給会社と違うところは、ジョブショップ、工業、アカデミックの各分野において必要とされる、その徹底した品質管理から新合金の共同開発はもちろん、施工プロセスにいたるまで幅広いサポートが可能なことである。ユーザーの使用目的に応じた形で常にコスト・品質・安定性を達成するために企業努力を続け、業績を伸ばしてきたのである。

図3 航空宇宙向けチタンアルミナイド合金製タービンブレード (写真)提供:イタリア AVIO AERO社
図3 航空宇宙向けチタンアルミナイド合金製タービンブレード
(写真)提供:イタリア AVIO AERO社

 同社に大きな転機が訪れたのは2010年に初めて航空宇宙向け材料開発においてイタリアのAVIO社と長期OEM契約を結んだことに端を発する。結果として彼らは航空機向けタービンブレードをEBMで作成するためのチタンアルミナイド合金の粉末の開発に成功したのである。(図3)そして2013年には航空宇宙向けの規格AS9120を、2014年に入ってからはAS9100を航空宇宙向け積層造形用粉末の供給者としては取得し、アメリカにも支店を開設するなどそのマーケットに大きな存在感を示し始めた。

 彼らがまず第一に考えたことは、AMの技術は熱源であるレーザや電子ビームに目がいきがちであるが大本は溶接であるという点である。現在ではレーザ溶接もかなり一般的になりつつあるが、従来のアーク溶接が冶金的な学問から入ることに対して、レーザは光学の分野の話であることからその双方に通じる人材も当時は現在に比べ非常に少なかった。例えばSLMの技術で25mm×25mm×25mmの立方体を作ろうとした場合、大凡ではあるがその溶接長は8,000mにも及ぶという。この8,000mという溶接施工を行うに当たり、機械はもちろんその材料が如何に重要かということは容易に想像できるだろう。

 その観点から見たときに材料そのものについて金属の積層造形用の専用粉末が無かった事に目を付けたのである。今でこそ国内外の各社が金属の積層造形用に専用材料の提供を始めているが、以前はその開発用を含めて溶射や粉対プラズマなどの、その他の技術のための粉末製造工程からOEM供給を受けていたのである。金属の積層造形において既存の材料はもちろん、ユーザーとともに新規材料や施工法の開発も行えるメーカーとしてLPWテクノロジー社は、世界の最先端を進んでいるといってよいだろう。

4. 金属の積層造形のマーケット

 欧米における金属の積層造形の主要マーケットは、航空宇宙、F1などのレーシング関連医療試作関連金型関連の5つがメインである。というのも金属の積層造形機は高価な設備であり、その生産性は現在のところ高くないので必然的に単価の高い製品に適用する必要があるのである。その例としては、航空宇宙では航空機のエンジンのタービンブレードやロケットのターボポンプとそのインペラ、F1関連ではエキゾースト、マニホールド部分をすべて、医療では歯科関連や人工関節のインプラントの制作や試作品の開発に利用されている。

 ここで話題になるのは、材料と機械がそろっていれば人件費の安価な外国において簡単により安価な製品が開発されてしまうのではないかという懸念である。しかしながら金属の積層造形という技術はレーザ溶接、CAD/CAM、さらにはオペレータの熟練が通常の施工でも多いに必要であり、先に述べたような最先端の製品を制作する為には、専用の材料とそのパラメータを開発し、なおかつオペレータの熟練も必要になってくる。そのうちどれかが欠けても同等品の制作は困難であり、材料・施工法はともに保持契約や特許取得によって保護される事が多いため、先行開発に成功した企業はその分野において大きな利益を得る事が可能となってくる。

 また、いまだに多く耳にする誤解が、3Dデータがあればボタン一つで製品ができ上がってくるというものである。残念ながら現在の技術では造形品をそのまま部品として使用する事はできず、表面の切削加工はもちろん、場合によっては熱処理も必要になってくる。また特殊な材料であればあるほど、その加工や処理は高度な技術が要求されることになり、簡単に模倣できる物ではなくなってくる。そういった中、欧米では航空宇宙関連がこれらの技術が使用されているもっとも大きな分野であり、次いでF1関連となってくる。残念ながら日本におけるこれらに関する市場はあまり大きくないが、逆にいえば欧米でもこれから発展するであろう金型や試作の部分においては、まだまだ日本がその開発を引っ張ってゆく事も可能ではないだろうか。そしてそのためには材料である金属粉末そのものの開発も必須となってくる。

5. 高品位粉末とは

 金属の積層造形技術において扱われる材料は多岐にわたり、積層造形用に使用される粉末はより粒度がそろい、サテライト(図4)、内部ポロシティ(図5)の少ない粉末が要求される。サテライトとはガスアトマイズ法で粉末を作成する際に母体となる粉末に小さな粉末が衛星のようにくっついているもの、内部ポロシティとは粉体そのものにアトマイズする際の気体が閉じ込められてしまう現象で、どちらも溶接欠陥の原因になりやすい物である。また、扱われる主な材料だけでもニッケル系、コバルト系、Fe系、アルミ系、チタン系、銅系、そしてセラミックス系などがある。

図4 サテライト、図5 内部ポロシティ
図4 サテライト                     図5 内部ポロシティ

 高品位粉末とは、これらを可能な限り少なくしている材料のことであり、その提供を行っているのが先に述べたLPWテクノロジー社である。同社ではメインの材料だけでも合わせて25種類以上、特注品も含めるとその材種は400種以上に及ぶ。これの意味するところは、積層造形技術において先行する欧米諸国ではメーカー純正の材料はもちろん、他社との差別化を図るためにオリジナルの材料で製品開発を行っている会社が非常に多いということである。LPWテクノロジー社におけるその大きな成功事例の一つとしては先に述べたイタリアのAVIO社の例が挙げられる。

図6 タングステンカーバイドを刃先に埋め込んだカッターナイフ
図6 タングステンカーバイドを刃先に埋め込んだカッターナイフ
写真提供:アメリカ スタンレー社

 また、LMDという技術においてもアメリカのスタンレー社に協力し、カッターナイフの刃先にタングステンカーバイドを埋め込んだ"カーバイドブレード"(図6)という商品の開発に成功した。レーザを使用して制作した商品は高付加価値の物でしか成り立たないという既成概念を覆し、一般的な消耗品に適用し商品化に成功した希有な事例ということができるだろう。こちらに関してもLPWテクノロジー社は材料の供給にとどまらず、その施工条件の開発にも協力したことから、その技術が机上のペーパーワークだけでなく現場においてユーザーとその設備を利用してプロセス開発まで行う能力があることが伺える。

 また、ユーザーの所有するさまざまな機械に使用しても問題ないことを保証するために、自社においてさまざまな検査設備も所有している。例えばASTMに基づく材料の比重(Apparent/Balk, Tap, Helium gas Pycnometry)、流動性(Hall flow rate)、ふるい(Sieve analysis)など合計16以上の検査設備を所有し、自社で行えることが大きな利点になっている。(図7)

図7 LPWテクノロジー社は、16以上の検査設備を所有している
図7 LPWテクノロジー社は、16以上の検査設備を所有している

6. おわりに

 金属の積層造形技術はこれまでにない新たな発想でものづくりを行うことが可能な技術であり、既存の技術と融合することで更なる発展が望めるものである。しかしながらその発展のためには、材料そのものの研究開発も非常に重要であり、材料を制するものがマーケットを制すと言っても過言では無いだろう。また、その応用可能なマーケットはユーザーの発想でどこまでも大きくひろがるが、実現のためには材料の開発も欠かせないものである。

「機械と工具」誌 2014年7月号 「新技術」掲載 

現状プロセスの懸案事項
現状プロセスの懸案事項
  • パウダーの供給法と供給量。
  • 再利用する際はパウダーに何か変質はあるのか?
  • パウダーが汚染されるリスクは無いのか?
  • 再利用パウダーを利用すると製品は変化しないのか?
  • 何回再利用すると製品がスペック外になるのか?
  • トレーサビリティの維持は?
  • 廃棄となるパウダーにスクラップとして価値はあるのか?
LPW PowderSolveオンライン
LPW PowderSolveオンライン

LPWテクノロジー社のオンラインシステムはSLMやEBMにて施工する際に、航空宇宙関係や医療関係で要求される品質を満足させるために開発されました。

  • 安全なログイン
  • 顧客毎のアカウントプロファイル
  • ユーザープロファイル
  • マシンプロファイル

LPW PowderSolveの特徴

● パウダーデータの一元管理
LPW PowderSolveオンラインソフトウェアは積層造型用パウダーのライフサイクルトラッキングにおいて並ぶ物の無いシステムです。
● トレーサビリティ管理
パウダーの生産(ブレンド後も含む)から再利用までトレーサビリティー管理がされており、パウダーそのものと現在のトレンドの分析データを含む、最も包括的なデータベースです。
● 品質コントロール
LPWテクノロジー社の品質証明は使用済みパウダーの追加成分、サイズ、流動性、不純物の混入度合いの分析と予想が可能です。
● ライフサイクル
LPWテクノロジー社はお客様の対費用効果だけでなく最高のパフォーマンスが得られるよう、分析と品質を通して粉末のライフサイクルそのものを管理致します。

LPW PowderSolveの特徴

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