構造用途向けWAAMで最も一般的に使用されるアルミニウム合金は？

主要合金：優れた溶接性と耐食性

構造用途向けワイヤアーク積層造形（WAAM）で最も一般的に使用されるアルミニウム合金は、主にその優れた溶接性、比強度、凝固割れ抵抗性のために選択されます。5xxx系（Al-Mg）合金、特にER5183とER5087は基本的な選択肢です。これらの合金のマグネシウム（Mg）含有量は、WAAMの急速な熱サイクル中に割れを起こしやすい脆い相を形成することなく固溶強化を提供します。これらの合金は優れた溶接後強度、特に海洋環境での優れた耐食性を提供し、海洋や輸送などの分野での大規模構造部品に広く使用されています。

多用途で熱処理可能な高強度合金

より高い比強度を必要とする用途では、6xxx系（Al-Mg-Si）合金が一般的です。ER4043（AlSi5）とER4943は頻繁に使用される溶接ワイヤーです。シリコン（Si）含有量は流動性を改善し、高温割れを低減し、良好な溶接ビード輪郭を提供します。堆積直後の強度は5xxx系合金よりも低いですが、WAAM後の熱処理（溶体化処理と人工時効）によく反応し、大幅な強度回復と向上を可能にします。これにより、後工程の熱処理が標準である航空宇宙・航空分野の構造フレームや部品に適しています。

高強度航空宇宙グレード合金

航空宇宙分野からの需要により、高強度の2xxx系（Al-Cu）および7xxx系（Al-Zn）合金をWAAMで加工することに大きな研究開発の焦点が当てられています。2024（Al-Cu-Mg）や7075（Al-Zn-Mg-Cu）などの合金は、その卓越した強度のために非常に望まれています。しかし、これらのWAAM加工は、凝固割れへの感受性が高く、気孔が発生しやすいため困難です。成功した堆積には、シールド雰囲気の精密制御、微細化剤（例：Ti、Zr）を含む特殊なワイヤー組成、および統合されたパス間冷却がしばしば必要です。成功した造形物は、通常、重要な構造用途に最適な機械的特性と密度を達成するために、厳格な堆積後熱処理とホットアイソスタティックプレス（HIP）を受ける必要があります。

合金選択と後工程の考慮事項

構造用WAAMのためのアルミニウム合金の選択は、溶接性、要求される機械的特性、および後処理の実現可能性のバランスです。熱処理不可の5xxx系合金の場合、特性は堆積中にほぼ決定されるため、プロセス制御が最も重要です。熱処理可能な2xxx、6xxx、7xxx系の場合、WAAMプロセスは、その後の熱サイクルに確実に対応できる健全で割れのないプリフォームを生成しなければなりません。合金に関係なく、ほとんどのWAAMで製造されたアルミニウム構造物は、プロセスがニアネットシェイプ部品を生成するため、寸法精度と表面仕上げを達成するために最終的なCNC加工を必要とします。WAAMと従来のアルミニウム3Dプリンティングおよび除去加工技術の融合により、最適化された軽量構造部品の製造が可能になります。