Development of dot impact metal 3D printer by carbon nanotube composite metal particles

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18678
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
• Research Institution: Akita Prefectural University
• Principal Investigator: Suzuki Tsunehisa 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (90501479)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 複合めっき / 金属３Dプリンティング / 高温軟化特性 / 拡散接合

Outline of Final Research Achievements

In this study, we established a local spark plasma sintering method to bond Ni-CNT coated metal particles using carbon nanotube composite plating (Ni-CNT) coated metal particles at relatively low temperatures (~600°C) by utilizing the high temperature softening and randomly oriented nano-polycrystalline properties of the Ni-CNT film, and aimed to develop a new metal 3D printer. Specifically, local spark plasma sintering conditions for Ni-CNT-coated metal particles were investigated to clarify the appropriate Ni-CNT coating and sintering conditions, and a bonding model of two particles was studied to clarify the Ni-CNT interface bonding behavior. The effect of CNT compositing and the bonding mechanism were clarified from the properties of the bonding interface under different sintering conditions and from finite element analysis simulations.

Free Research Field

材料創成

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Ni-CNT被膜による粒子の界面結合技術の確立によって、金属／セラミックス複合体の３D積層造形の可能性が開かれたと考える。さらにドットインパクトプリンタと組み合わせることで、Ni-CNTの高温軟化特性を用いた局所通電焼結により、新しい方式の金属３D造形として、従来の金属３Dプリンタにはできない複合材料の造形ができ、機能性材料の３D積層造形に寄与できると考える。
さらに、Ni-CNT界面の接合挙動、高温軟化現象の理解が進んだことによって、CNTとNi界面の転位に起因する再結晶エネルギー、ランダム配向のナノ多結晶体であることがそれらの要因であることが示されたことは学術的にも意義深いものである。