プラズマを用いた金属積層造形用原料粉末のリサイクル技術の開発

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K03872
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 板垣 宏知 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00793184)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: プラズマ / 金属粉体 / 積層造形 / 直流アーク / 直流グロー

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、直流アークジェットプラズマを用いたニッケル基合金粉末の処理試験を実施する他、より粉体の処理効果や処理効率を向上させることを目的に長時間粉体とプラズマの接触を可能とするプラズマ粉体処理装置を開発した。プラズマ処理を実施する粉体材料としては複数回利用し表面酸素濃度や水分量が増加した金属粉末を利用した。
具体的には、直流アークジェットプラズマ処理では、処理圧力が粉体性上に与える効果について調査し、より粉体表面の酸素濃度が低減する条件を明らかとした。加えて、直流アークジェットプラズマ処理では粉体とプラズマの接触時間が極短時間(数十μs)であることが一般的に知られており、より表面処理の効果を得るためには粉体とプラズマの接触時間を増加させる必要がある。そのため、表面処理性能の向上を目的にバレル型の直流グロー放電による粉体処理装置およびプラズマノズルを開発した。本開発装置は積層造形装置と直接接続することが可能な設計となっており、原理的にはプラズマ処理した粉体を大気暴露せず積層造形装置に搬送することが可能である。本年度は装置開発に加え、この装置を用いたプラズマ生成条件および粉体処理条件の探索を行い、金属粉体（Ni基合金、銅合金）処理に対する好適な処理条件を明らかとした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

表面状態の劣化した金属粉末に対し、プラズマ処理試験を実施し還元効果についての調査を終えている他、積層造形装置と直結可能な粉体処理装置を設計し、装置の作成を終了しているため、本研究は概ね順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

R5年度は、表面状態の劣化した金属粉末に対し直流アークプラズマ処理を実施、その還元効果についての確認を終えていることに加え、これまでに明らかとなった低圧条件で表面処理効果が向上する結果を基に、低圧放電プラズマを用いた粉体処理装置を開発し、そのパイロット試験を実施した。
R6年度は、開発した低圧放電プラズマによる粉体処理試験を実施、その性能を調査する他、プラズマ処理粉体での積層造形試験とその造形物の評価等を継続して実施、粉体特性と造形物物性の関係を引き続き調査する予定である。

Causes of Carryover

R5年度の計画において使用する金属粉体が産総研の自己資金で利用されたものが活用可能であったこと、低圧放電プラズマによる粉体処理装置の開発において、パイロット試験実施後の装置の改良がR6年度に実施予定になったことが原因である。
次年度使用額は、低圧放電プラズマ処理装置および直流アークプラズマによる粉体処理装置の改造/改良に用いる予定であり、これらの実施により、プラズマ処理の表面処理性能の向上を図る。