AlSi10Mg粉末は灰色の粉末で、航空宇宙、自動車、工業、医療などの分野で3Dプリンティングやアディティブ・マニュファクチャリングのアプリケーションに広く使用されています。
レーザー溶融析出技術は一種のレーザー金属付加製造技術であり、ワイヤー供給と粉末供給がある。その利点は、緻密な構造、微細な粒、均一な組成と優れた性能であり、修理やクラッディングにも適用されます。現在、チタン合金、超合金、その他の合金に対するレーザー溶融析出の研究は順調に進んでいるが、アルミニウム合金については、アルミニウム合金の熱伝導率が高く、レーザー反射率が高いため、アルミニウム合金のレーザー溶融析出の研究はまだ非常に限られている。
Truer Ramp＆;D部門は、AlSi10Mgの選択されたレーザー溶融（SLM）技術に関するいくつかの調査を行い、その結果は、SLM AlSi10Mg部品の引張強度が300MPaに達することができ、熱処理後の406MPaと高いことさえ示した。また、レーザー資源がAlSi10Mg蒸着部品の特性に大きな影響を与えることを発見した学者もいる。
本研究で Truer 社が製造した AlSi10Mg 粉末の化学組成と粒度（45～105μm）を表 1 に示す。 また、そのSEM写真を図1に示す。
表1 本研究におけるAlSi10Mg粉末の化学組成と粒度
本実験で使用したレーザー溶融成膜装置は、IPGファイバーレーザー、GTVパウダーフィーダー、アルゴン充填チャンバーである。レーザー溶融成膜プロセスにおいて、集光スポットは5mm、デフォーカススポットの直径は約0.6mmである。テストレーザー粉末は920W、走査方向は一方向、走査速度は1.2m/分、粉末供給速度は3.6g/分、各層の蒸着高さは0.42mmであった。厚さ2mmのシングルウォールサンプルを作製した。そして、部品の気孔率と機械的特性を分析した。
図2は、機械的特性試験用の試験片の寸法である。
アルキメデス法による試験片の密度は2.66g/cm3であり、鋳造時のAlSi10Mg合金の密度は2.68g/cm3であり、鋳造時の99.3%に相当する。
この試験では、アルゴンで満たされたチャンバー内に一定量の酸素が含まれていた。そのため、図 3 に示すようなポロシティが観察された。
引張試験では、図4に示すような引張曲線が得られた。引張強さは248MPa、伸びは6.2%であった。
引張試験片の破壊形態を図5に示す。亀裂の進展は、空隙と空隙の間の薄い壁に沿って拡大する傾向があることがわかる。
したがって、アルミニウム合金のレーザー溶融積層造形は、AlSi10Mgの蒸着部品の引張強度をより向上させる内部気孔の制御を確実にするために、アルゴン充填チャンバー環境で実施することが推奨される。
AlSi10Mg析出部品の機械的特性が高い主な理由は、析出状態で非常に微細なアルファAl二次デンドライトが形成されるためであると結論付けた学者もいる。
チャンバー内の酸素含有量を厳密に制御することが、AlSi10Mgレーザー溶融積層造形部品の機械的特性を向上させる鍵であると結論づけることができる。
