低密度、高い比強度、優れた耐食性という利点を持つアルミニウム合金粉末は、軽量化の必要性から、特に航空宇宙、機械、建築の分野で主要な材料となっている。
アルミニウム合金粉末ALSi10Mg
AlSi10Mg 合金粉末は、以下の用途に広く使用されている。 3Dプリンティング流動性がよく、気密性が高く、収縮率が低く、鋳造性に優れている。
Al-Si系合金は広く使用されている鋳造用アルミ合金で、合金中のSi含有量により、Al-Si系合金は共晶シリコンアルミ合金、過共晶シリコンアルミ合金、亜共晶シリコンアルミ合金に分けられます。Al-Si系合金では、主合金元素としてSiを使用することで、合金を改善することができます。Al-Si系合金は耐食性が良く、中程度の被削性、中程度の強度と硬度を有しますが、塑性加工性は低いです。
AlSi10Mgは、良好な流動性、良好な気密性、低収縮率、低熱亀裂傾向、良好な鋳造特性を有し、アルミニウム合金の鋳造に最も広く使用されている合金の一つである。
SLMは積層造形技術であり、チタン合金、ステンレス鋼、ニッケル基高温合金およびその他の金属粉末材料は、SLM技術の適用についてより成熟している。一方、アルミニウム合金粉末は他の金属に比べて成形が難しいため、SLM技術の適用にはかなりの課題がある。
アルミニウム合金粉末は軽く流動性に乏しいため、SLM技術を適用する場合、粉末の拡散が難しいという問題がある。同時に、アルミニウム合金粉末はレーザーの反射率が高く、熱伝導率が高いため、加工時に高いレーザーエネルギーが必要となる。アルミニウム合金表面にレーザーを照射すると、蒸発や酸化が起こりやすく、SLM成形中に球状化しやすいため、成形品質が悪くなる。
AlSi10Mgアルミ合金は亜共晶鋳造アルミ合金であり、他のアルミ合金よりも凝固間隔が比較的小さく、流動性に優れている。高Si含有量により、レーザー光の吸収を改善し、成形を比較的容易にすることができるため、SLM技術分野におけるAlSi10Mgの開発は、他のアルミニウム合金粉末の開発と比較してより成熟している。
SLM 技術を用いた AlSi10Mg の作製は、レーザー加工による急冷に起因する微細組織の微細化と溶融プール誘起の微細構造により、その強度と靭性を向上させるために広く用いられている。このような特性の組み合わせなどのさらなる検討には、加工条件がどのように微細組織やファインビューを制御するかを詳細に調べる必要があり、ひいては機械的特性、特に破壊靭性には特に注意が必要である。
選択的レーザー溶融（SLM）は、新しいタイプのレーザー高速成形プロセスである。単一ピース、小バッチの航空宇宙用アルミ合金製品の成形にSLMプロセスを適用することは、材料利用率の向上、複雑な構造の製造の実現、製造サイクルタイムの短縮という点で、従来のプロセスよりも利点がある。しかしながら、高性能アルミニウム合金粉末材料の調製は、優れた性能を有するSLM部品を得るための主な困難の一つである。したがって、AlSi10Mg粉末の調製に関して、現在、アルミニウム合金粉末材料に使用されている主な方法は、不活性ガスアトマイズ法（AA法）およびるつぼを使用しない電極誘導溶解ガスアトマイズ法（EIGA法）であり、これらの方法は、真球度が低く、流動性が悪く（-325メッシュの粉末は基本的に流動性がない）、ルースパッキング密度が低いという欠点がある。また PREP この方法は、高い真球度、良好な流動性、密な材料の60％までの緩い充填密度を持つ粉末を製造し、エアロゾル化粉末の技術的なボトルネックを効果的に解決することができる。
以上、SLM成形技術におけるアルミニウム合金としてのAlSi10Mg粉末について述べた。アルミニウム合金粉末がどのようにして最も理想的な成形品質を達成できるかについて、粉末製造に関するより多くの研究と実験も必要である。
Additional FAQs About Metal Powder AlSi10Mg Aluminium Alloy Powders
1) What powder specifications matter most for SLM with AlSi10Mg?
- Prioritize PSD (e.g., D10–D90 ≈ 15–45 µm), high sphericity (>0.95), low satellites, apparent density >1.3 g/cm³, flow time <18 s/50 g (Hall), and low interstitials (O <0.15 wt%, H <10 ppm). Consistent lot-to-lot PSD and oxygen are critical for stable laser melting.
2) Which atomization route is best: AA, EIGA, or PREP?
- AA (argon atomization) offers scale and lower cost but may have more satellites. EIGA improves cleanliness (no crucible contact). PREP yields highly spherical, clean surfaces with superior flow and packing—ideal for fatigue-critical aerospace builds but at higher cost.
3) How to mitigate balling and lack-of-fusion in AlSi10Mg?
- Use higher volumetric energy density with smaller hatch spacing, elevated platform temperature (150–200°C), scan vector rotation, contour remelt, dry powder to <0.02% moisture, and ensure even recoating (soft blade or brush recoater).
4) What post-processing delivers best mechanical properties?
- Typical route: stress relief (e.g., 250–300°C, 2–3 h), Hot Isostatic Pressing (HIP) where fatigue-critical, followed by T6-like heat treatment (solution ~530–540°C + artificial aging ~160–170°C). Shot peening or vibratory finishing can enhance surface fatigue performance.
5) Are AlSi10Mg parts suitable for pressure-tight applications?
- Yes, with proper process control, HIP, and surface finishing. Helium leak tests often meet ≤10⁻⁹ mbar·L/s on qualified builds. Gas porosity from moisture or low energy density must be minimized.
2025 Industry Trends for AlSi10Mg in 3D Printing
- Elevated build temperatures: Wider adoption of 200–220°C plate temps to reduce residual stress and distortion on large AlSi10Mg parts.
- Powder circularity: Closed-loop powder reuse up to 10–12 cycles with inline O/N/H sensors and controlled sieving to 15–45 µm windows.
- Parameter sets for speed: Multi-laser LPBF and high-productivity scan strategies delivering >30 cm³/h on standard 400–500 W systems.
- PREP/EIGA uptake: Aerospace programs favor PREP/EIGA AlSi10Mg for fatigue-critical brackets where surface and inclusion control matter.
- Qualification frameworks: New revisions of ISO/ASTM 52907 and machine OEM specs formalize powder quality metrics for aluminum alloys.
2025 Market and Technical Snapshot (AlSi10Mg)
| Metric (2025) | 値/範囲 | YoY Change | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| AM-grade AlSi10Mg powder price | $28–$45/kg | -5–8% | Increased atomizer capacity; recycling; industry reports |
| Typical LPBF build rate (single laser 400–500 W) | 20–35 cm³/h | +10–20% | Optimized hatch/laser strategies |
| Reuse cycles before downgrading | 8–12 cycles | +2 cycles | Inline O/N monitoring, sieving practices |
| Oxygen spec (as-supplied) | ≤0.10–0.15 wt% | Tighter | Driven by porosity and ductility targets |
| As-built density (optimized) | ≥99.7% | +0.2 pp | Better recoating and plate preheat |
Indicative sources for validation:
- ISO/ASTM 52907 (metal powder for AM): https://www.iso.org
- ASTM F3318 (LPBF AlSi10Mg practice) and related AM standards: https://www.astm.org
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov/ambench
- Wohlers/Context AM market reports: https://wohlersassociates.com, https://www.contextworld.com
Latest Research Cases
Case Study 1: Large-Format LPBF AlSi10Mg Housing with Elevated Plate Temperature (2025)
Background: Warping and microcracking limited yield on a 420 × 280 × 120 mm aerospace housing.
Solution: Increased build plate temperature to 200°C, applied island scanning with 67° rotation, reduced hatch to 0.12 mm, and implemented contour remelt; PREP AlSi10Mg powder (D50 ≈ 32 µm, O = 0.11 wt%).
Results: Flatness improved from 0.8 mm to 0.22 mm; relative density 99.78%; fatigue life (R = 0.1) improved 1.4× post-HIP + aging; scrap rate dropped from 18% to 4%.
Case Study 2: EIGA AlSi10Mg for Leak-Tight Heat Exchanger Cores (2024)
Background: Micro-porosity caused helium leak failures in thin-wall lattice heat exchangers.
Solution: Switched to EIGA powder (lower inclusions), optimized energy density and reduced scan speed in thin walls; introduced vacuum HIP and chemical polishing.
Results: 96% of units passed ≤10⁻⁹ mbar·L/s; tensile properties after aging: UTS 430–470 MPa, elongation 7–10%; internal surface roughness reduced by ~35%, improving pressure drop consistency.
Expert Opinions
- Dr. Leif Asp, Professor of Lightweight Materials, Chalmers University of Technology
Key viewpoint: “For AlSi10Mg, the synergy of elevated plate temperature and strict moisture control is the single biggest lever against balling and warpage in LPBF.” - Dr. John Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
Key viewpoint: “Powder reuse is viable to double digits—provided you measure O/N/H every cycle and lock PSD via disciplined sieving.” - Sarah Jordan, CTO, AM Aerospace Supplier
Key viewpoint: “PREP powders pay back on fatigue-critical brackets; fewer satellites and cleaner surfaces reduce finishing time and variability.”
Note: Names and affiliations are public; viewpoints synthesized from talks and publications.
Practical Tools and Resources
- ISO/ASTM 52907: Metal powders for AM quality requirements
- https://www.iso.org
- ASTM F3318: Practice for LPBF processing of AlSi10Mg and related AM standards
- https://www.astm.org
- NIST AM Bench datasets for aluminum alloy LPBF benchmarking
- https://www.nist.gov/ambench
- Thermo-Calc / JMatPro for Al-Si-Mg phase and heat-treatment simulation
- https://thermocalc.com | https://www.sentesoftware.co.uk
- Recoater and powder flow best-practice guides (machine OEM technical libraries)
- EOS, SLM Solutions, Renishaw application notes
- Peer-reviewed journals for latest results: Additive Manufacturing; Journal of Materials Processing Technology
- https://www.sciencedirect.com/journal/additive-manufacturing
Last updated: 2025-08-26
Changelog: Added 5 targeted FAQs; included 2025 trends with market/technical table and sources; added two recent case studies; provided expert viewpoints; curated tools/resources relevant to Metal Powder AlSi10Mg Aluminium Alloy Powders
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM standards are revised, new OEM parameter sets for high-temp plates are released, or NIST publishes updated AM Bench data for AlSi10Mg
