特開 2023-126111 ３Ｄ造形用混合粉末の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023126111

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】３Ｄ造形用混合粉末の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/34 20210101AFI20230831BHJP

   B22F 1/065 20220101ALI20230831BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20230831BHJP

   B22F 1/14 20220101ALI20230831BHJP

   B22F 9/08 20060101ALI20230831BHJP

   B22F 9/14 20060101ALI20230831BHJP

   C22C 9/00 20060101ALI20230831BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20230831BHJP

【ＦＩ】

B22F10/34

B22F1/065

B22F1/00 L

B22F1/14 500

B22F9/08 A

B22F9/14 Z

C22C9/00

B33Y70/00

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022185694

(22)【出願日】2022-11-21

(31)【優先権主張番号】P 2022030289

(32)【優先日】2022-02-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000180070

【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087398

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 勝文

(74)【代理人】

【識別番号】100128783

【弁理士】

【氏名又は名称】井出 真

(74)【代理人】

【識別番号】100128473

【弁理士】

【氏名又は名称】須澤 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100160886

【弁理士】

【氏名又は名称】久松 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】森口 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】池田 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】坂田 将啓

【テーマコード（参考）】

4K017

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K017AA03

4K017AA04

4K017BA05

4K017BB04

4K017BB08

4K017BB09

4K017CA01

4K017EB00

4K017ED02

4K017EF01

4K017FA14

4K018AA04

4K018BA02

4K018BA09

4K018BA20

4K018BB03

4K018BC12

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

【課題】Ｍ粉末がより均一に分布した３Ｄ造形用混合粉末を製造する。
【解決手段】球状のＣｕ粉末又はＣｕＭ合金粉末からなる第１の金属粉末と、球状に成形されたＭ粉末からなる第２の金属粉末と、を混合する混合ステップを有する３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

球状に成形されたＣｕ粉末及び／又はＣｕＭ（ただし、Ｍは１種以上または２種以上の金属元素である）合金粉末からなる第１の金属粉末と、球状に成形されたＭ粉末からなる第２の金属粉末と、を混合する混合ステップを有する３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項2】

前記混合ステップは、３Ｄ造形用混合粉末のＭ濃度が目標濃度となるように、第１の金属粉末及び第２の金属粉末の混合比を決定する混合比決定ステップと、
前記決定ステップで決定した混合比に応じて第１の金属粉末及び第２の金属粉末を計量する計量ステップと、
前記計量ステップで計量した第１の金属粉末及び第２の金属粉末を混合する狭義の混合ステップとからなることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項3】

前記第１の金属粉末を製造する第１の金属粉末製造ステップを有し、
前記第１の金属粉末製造ステップは、溶解されたＣｕからなる溶湯及び／又はＭ濃度が１５質量％以下であるＣｕＭ合金からなる溶湯を得るステップと、この溶湯からアトマイズ法により前記第１の金属粉末を製造するステップと、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項4】

前記第２の金属粉末を製造する第２の金属粉末製造ステップを有し、
前記第２の金属粉末製造ステップは、Ｍ粉末をプラズマ溶融処理によって製造するステップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項5】

前記第２の金属粉末を製造する第２の金属粉末製造ステップを有し、
前記第２の金属粉末製造ステップは、Ｍ粉末をプラズマ溶融処理によって製造するステップであることを特徴とする請求項３に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項6】

前記狭義の混合ステップにおいて、混合された混合粉末の球形度は、０．８０以上であることを特徴とする請求項２に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄ造形用混合粉末を製造する製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

３Ｄ造形は、切削加工、組成加工等に次ぐ第３の加工法と位置付けられており、構造が複雑な高機能製品の開発や金型などを効率的に製造する次世代技術として、航空・宇宙、自動車、エネルギー、生体材料等、様々な技術分野で技術開発が進められている。開発当初は樹脂造形に限られていたが、レーザーや電子ビーム等の高エネルギーの熱源を用いる造形装置の開発に伴い原料に金属粉末を用いた造形が可能となり、主として産業部品の作製に金属３Ｄ造形用粉末の適用が広がっている。

【0003】

３Ｄ造形用粉末の製造方法として、アトマイズ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。本発明者等は、ＣｕＭ混合粉末（ただし、Ｍはメタルの略であり、高融点の元素である）を原料とするアトマイズ法において、Ｍの濃度が高くなると、１０００数百℃の合金の溶湯内で部分的に分離したＭ粒子（単体）が凝固してノズルの内壁に付着し、この付着した凝固物が徐々に成長することによってノズル閉塞を引き起こす課題を発見した。ノズル閉塞を引き起こすと、ノズル内における溶湯の通液が阻害されるため、アトマイズできなくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１７８２３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明者等は、Ｃｕ粉末又はＭ濃度の低いＣｕＭ合金粉末をガスアトマイズ法やディスクアトマイズ法などのアトマイズ法で作製し、このＣｕ粉末又はＣｕＭ合金粉末に市販のＭ粉末（非球形の解砕粉）を混合することによりＭリッチな３Ｄ造形用混合粉末を得る方法について検討した。
しかしながら、この方法では、Ｍ粉末の分布が不均一な３Ｄ造形用混合粉末しか得られなかった。

【0006】

本発明は、Ｍ粉末がより均一に分布した３Ｄ造形用混合粉末を製造することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者等は、上記技術課題を鋭意検討し、市販のＭ粉末（非球形の解砕粉）に代えて、球状のＭ粉末を用いることにより、Ｍ粉末がより均一に分布した３Ｄ造形用の混合粉末が得られることを知見した。

【0008】

具体的には、本発明に係る３Ｄ造形用混合粉末の製造方法は、（１）球状に成形されたＣｕ粉末及び／又はＣｕＭ（ただし、Ｍは１種以上または２種以上の金属元素である）合金粉末からなる第１の金属粉末と、球状に成形されたＭ粉末からなる第２の金属粉末と、を混合する混合ステップを有する。

【0009】

（２）前記混合ステップは、３Ｄ造形用混合粉末のＭ濃度が目標濃度となるように、第１の金属粉末及び第２の金属粉末の混合比を決定する混合比決定ステップと、前記決定ステップで決定した混合比に応じて第１の金属粉末及び第２の金属粉末を計量する計量ステップと、前記計量ステップで計量した第１の金属粉末及び第２の金属粉末を混合する狭義の混合ステップとからなることを特徴とする上記（１）に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【0010】

（３）前記第１の金属粉末を製造する第１の金属粉末製造ステップを有し、前記第１の金属粉末製造ステップは、溶解されたＣｕからなる溶湯及び／又はＭ濃度が１５質量％以下であるＣｕＭ合金からなる溶湯を得るステップと、この溶湯からアトマイズ法により前記第１の金属粉末を製造するステップと、を有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【0011】

（４）前記第２の金属粉末を製造する第２の金属粉末製造ステップを有し、前記第２の金属粉末製造ステップは、Ｍ粉末をプラズマ溶融処理によって製造するステップであることを特徴とする上記（１）乃至（３）のうちいずれか一つに記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【0012】

（５）前記狭義の混合ステップにおいて、混合された混合粉末の球形度は、０．８０以上であることを特徴とする上記（２）に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、球状のＭ粉末を、球状のＣｕ粉末又はＣｕＭ合金粉末に混合することにより、Ｍ粉末がより均一に分布した３Ｄ造形用の混合粉末を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】純Ｃｒ解砕粉のＳＥＭ画像である。

【図2】球状のＣｒ粉末のＳＥＭ画像である。

【図3】比較例粉末の写真である。

【図4】実施例粉末の写真である。

【図5】試料Ａ～Ｅの吸光率（％）を測定した棒グラフである。

【図6】試料Ａを原料として造形した３Ｄ造形体の写真である。

【図7】断面における残存Ｃｒ粉の面積比（％）である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明は、球状に成形されたＣｕ粉末及び／又はＣｕＭ合金粉末（以下、これらを特に区別する必要がない場合には、「ＣｕＭ合金粉末等」ともいう）からなる第１の金属粉末と、球状に成形されたＭ粉末からなる第２の金属粉末とを混合し、Ｍ粉末が均一に分散した３Ｄ造形用混合粉末を得ることを目的とする。
ＣｕＭ合金は、Ｃｕに固溶しにくいＭとＣｕからなる二相分離型の複相合金のことである。Ｍはメタルの略であり、融点が１７００℃以上の高融点メタルが含まれる。Ｍは、例えば、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａのうち１種又は２種以上の金属元素であってもよい。

【0016】

３Ｄ造形は、積層造形（Additive Manufacturing）とも呼ばれており、ＥＢ（Electron Beam）、レーザーを用いた積層法が良く知られている。これは、造形ステージ上に金属粉末層を形成して、この粉末層の所定部にビームを照射し、その後、上記粉末層の上に新たな粉末層を形成して、その所定部にビームを照射して焼結することで、下層の焼結部と一体となった焼結部を形成する。これを繰り返すことで、粉末から一層ずつ積層的に三次元形状を造形するものであり、従来の加工方法では困難であった複雑な形状を造形することが可能である。これらの手法によって、ＣＡＤ等の形状データから所望の３次元造形体を成形することができる。

【0017】

（第１の金属粉末について）
第１の金属粉末は、アトマイズ法によって製造することができる。アトマイズ法として、例えば、ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法を用いることができる。ガスアトマイズ法は、真空中で溶解した溶湯を、ノズルから鉛直下方に落下させ、周囲から不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス等）を吹き付けることで、小さな液滴に分断する方法であり、分断された溶融金属は、噴霧チャンバ内で落下する間に表面張力により球形化しながら凝固し、球状の粉末が得られる。ディスクアトマイズ法は、ノズルから溶湯を高速で回転するディスク上に連続的に流下し、ディスク上面に形成させた溶融膜を高速回転により液滴状に飛散させて粉末を製造する方法である。溶湯は高速回転の中心に流れ落ち、ディスク表面に広がるとともに遠心力で外周に引張られ薄い溶融膜を形成する。溶融膜はディスクの周端で支持を失い滴状となり、遠心力によりその融滴が分離・飛散され、微粒化が起こる。微粒化された溶湯は溶湯自らの持つ表面張力により球状化されながら雰囲気ガスもしくは放射冷却により冷却され、球状の粉末が得られる。ＣｕＭ合金粉末等を、Ｃｕ粉末とＣｕＭ合金粉末との混合粉末とする場合には、それぞれの粉末をガスアトマイズ法で製造し、これらを混合すればよい。

【0018】

「球状の粉末」を球形度で規定すると、好ましくは０．８０以上である。静的自動画像分析装置を用いて、二次投影像における円相当径が１０μｍ以上の粉末粒子１０００個に対し球形度を測定し、これらの算術平均値を第１の金属粉末の球形度と定義することができる。なお、球形度が１に近づくほど真円に近くなる。

【0019】

原材料には、Ｃｕからなる溶湯及び／又はＭ濃度が１５質量％以下に濃度調整されたＣｕ,Ｍからなる溶湯が用いられる。原材料としてＣｕからなる溶湯を用いた場合、アトマイズ法によって、球状に成形されたＣｕ粉末（第１の金属粉末）が製造される。原材料としてＣｕ,Ｍからなる溶湯を用いた場合、アトマイズ法によって、球状に成形されたＣｕＭ合金粉末（第１の金属粉末）が製造される。上述した通り、これらのＣｕ粉末及びＣｕＭ合金粉末を混合した混合粉末を第１の金属粉末としてもよい。

【0020】

３Ｄ造形体に求められる目標Ｍ濃度は、予め定めておくことができる。第１の金属粉末としてＣｕ粉末（Ｍを含有しない）を選択した場合には、第２の金属粉末のみによって目標Ｍ濃度が達成されるように、ブレンド条件が決定される。第１の金属粉末としてＣｕＭ合金粉末、又は、Ｃｕ粉末とＣｕＭ合金粉末との混合粉末を選択する場合には、目標Ｍ濃度と第１の金属粉末のＭ濃度との差分から、第２の金属粉末のブレンド条件を決定することができる。

【0021】

ここで、Ｍ濃度が増大すると硬さが向上する一方で、導電性が低下するため、硬さ及び導電性はトレードオフの関係にある。３Ｄ造形体の用途によって、求められる硬さ及び導電性は変わるため、目標Ｍ濃度を一義的に定めることはできないが、好ましくは１質量％以上、より好ましくは１５質量％以上７５質量％以下、さらに好ましくは２５質量以上５０質量％以下である。Ｍ濃度が増加することによって、レーザー吸光率も向上する。なお、レーザー吸光率が不足する場合には、例えば、レーザー出力を上げることによって、造形することができる。

【0022】

アトマイズ法によってＣｕＭ合金粉末を製造する場合、Ｍ濃度が１５質量％を超過すると、Ｍが析出してノズル閉塞を起こすおそれがある。ノズル閉塞を起こすと、溶湯が流れなくなり、アトマイズできなくなる。したがって、アトマイズ法によってＣｕＭ合金粉末を製造する場合には、Ｍ濃度を１５質量％以下に設定するのが望ましい。なお、原材料には不可避的不純物が含まれ得る（以下、同様である）。不可避的不純物には意図的に含有させなくても原料に微量に含まれている金属元素や、合金を得るために溶解や精錬している最中に雰囲気ガスや耐火物煉瓦などの界面より混入する非金属元素がある。この内特に代表的な金属元素としてはＳｉやＦｅやＮｉなどがあげられる。また、非金属介在物を生成する代表的な元素としてはＣやＯやＮなどがあげられる。そして非金属介在物を生成する元素の含有率の上限は、３Ｄ造形体に合計で０．１質量％以下とすることが好ましい。

【0023】

（第２の金属粉末）
第２の金属粉末は、球形ではない不定形状のＭ粉末を原材料（以下、原料Ｍ粉末ともいう）とした球状化処理を行うことによって製造される球形の粒子である。第２の金属粉末を球形度で規定すると、好ましくは０．８０以上である。球形度の技術的意義については、上述したから説明を省略する。原料Ｍ粉末の製造には、機械的粉砕法、噴霧法、還元法、電解法などを用いることができる。機械的粉砕法において、Ｍ塊が比較的大きい場合には、ジョークラッシャー、ハンマーミル、スタンプミル等を用いてＭ塊を粉砕することによって、原料Ｍ粉末を得ることができる。機械的粉砕法において、Ｍ塊が比較的小さい場合には、ボールミル、振動ミルなどを用いてＭ塊を粉砕することによって、原料Ｍ粉末を得ることができる。

【0024】

球状化処理には、例えば、高周波誘導熱プラズマ法を用いることができる。高周波誘導熱プラズマ法は、高周波誘導コイルにより高周波磁場を励磁し、この高周波磁場内にプラズマガスを供給して、誘導的に高周波プラズマフレームを発生させるとともに、この高周波プラズマフレーム内に原料Ｍ粉末を供給することによって球状化粒子を製造する技術である。

【0025】

ただし、球状化処理の方法は高周波誘導熱プラズマ法に限るものではない。例えば、高周波誘導熱プラズマ法に代えて、回転電極法（Rotating Electrode Process）を用いることもできる。回転電極法は、回転する電極を高温プラズマによって溶解させ、電極表面から遠心力によって吹き飛ばされた液滴を、電極周辺に配置したガスノズルから噴出するガスジェットによる空気力学的引張力によって球状化する技術である。なお、ガスアトマイズ法は、Ｍのような高融点金属を球状化するのに適さない。

【0026】

（混合方法）
球状のＣｕＭ合金粉末等（第１の金属粉末）と、球状のＭ粉末（第２の金属粉末）とを混合する。この混合ステップは、混合比決定ステップ、計量ステップ及び狭義の混合ステップからなる。
混合比決定ステップでは、３Ｄ造形用混合粉末のＭ濃度が目標Ｍ濃度となるように、第１の金属粉末及び第２の金属粉末の混合比を決定する。
計量ステップでは、混合比決定ステップで決定した混合比となるように、第１の金属粉末及び第２の金属粉末をそれぞれ計量する。計量器には、例えば、電子天秤を用いることができる。
狭義の混合ステップでは、計量ステップで計量した第１の金属粉末及び第２の金属粉末を混合する。混合方法は、混合粉末が入った混合容器を作業者が揺らす手混合方式、混合粉末が入った混合容器を機械的に回転させる回転混合方式、攪拌翼を備えた撹拌機により混合粉末を攪拌させる攪拌混合方式など公知の方法を用いることができる。Ｍ粉末が均一に分散する理由は、Ｍ粉末が球状に成形されているため、流動性が高まるからである。

【0027】

Ｍ粉末が上述の分散性を発現しているか否かは、例えば、Ｍ粉末を混合した混合粉末の流動度を測定することによって評価できる。混合粉末の流動度は、例えば、ＪＩＳ Ｚ ２５０２に定める規格に従って、５０ｇの混合粉末を漏斗に供給し、オリフィスにおける通過時間を計測することによって評価できる。３Ｄ造形用混合粉末の流動度は、粉末の形状以外の条件にっても変化するため、一義的に定義することはできないが、好ましくは３０（ｓ/５０ｇ）以下であり、より好ましくは１２．２（ｓ/５０ｇ）以下である。流動度が小さい粉末は、より３Ｄ造形に適している。
また、ＣｕＭ合金粉末等とＭ粉末とでは金属色が異なるため、混合粉末の画像データから得られる色情報に基づきＭ粉末の分散性を評価してもよい。具体的には、ＭがＣｒである場合、混合粉末全体を観察し、赤銅色が支配的で、かつ、Ｃｒを表す青色の粉末群が看取されない場合には、Ｃｒ粉末が均一に混合されているものと評価できる。他方、混合粉末中にＣｒが偏在した青色の粉末群が看取された場合には、Ｃｒ粉末が不均一に混合されていると評価できる。勿論、ソフトウェアによる画像解析によって、Ｍ粉末が均一に混合されているか否かを判別してもよい。

【0028】

球状に成形することによってＭ粉末の流動性が高められているため、混合容器から造形ステージに至るまでの搬送過程において、上述の均一な分布状態は概ね維持される。したがって、Ｍ粉末が均一に分散した３Ｄ造形用混合粉末を用いて３Ｄ造形を行うことができる。

【0029】

（第１実施例）
次に、実施例を示しながら、本発明についてより具体的に説明する。
Ｃｒ塊を解砕した解砕粉（純Ｃｒ解砕粉）をＣｕＣｒアトマイズ粉に混合してＣｒ濃度が２５質量％の混合粉末（以下、比較例粉末ともいう）を得た。解砕粉には市販品を使用した。ＣｕＣｒアトマイズ粉の組成は、Ｃｒが１５質量％、残部がＣｕとした（Ｃｕ１５Ｃｒ合金）。混合粉末のＣｒ濃度を２５質量％にするために、Ｃｕ１５Ｃｒ合金粉末と純Ｃｒ粉末の混合比を１５対２に決定した。混合比を決定した後、Ｃｕ１５Ｃｒ合金粉末と純Ｃｒ粉末をそれぞれ計量し、１７６５ｇのＣｕ１５Ｃｒ合金粉末と２３５ｇの純Ｃｒ粉末を混合した。図１は、解砕粉のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像である。図１に示すように、球状とは異なる不定形状のＣｒ粒子が確認された。

【0030】

純Ｃｒの解砕粉を球状化処理した第２の金属粉末をＣｕＣｒアトマイズ粉に混合して混合粉末（以下、実施例粉末ともいう）を得た。ＣｕＣｒアトマイズ粉の組成は、比較例粉末と同じにした。第２の金属粉末の添加量は、混合粉末のＣｒ濃度が２５質量％となるように調整した。調整方法は、比較例粉末と同じであるから、説明を省略する。第２の金属粉末を得るための球状化処理は、ニイミ産業製のプラズマ球状化処理装置（型番：Ｎ－Ｐｌａｓｍａ Ｍｅｌｔｉｎｇ）を用いて行った。図２は、第２の金属粉末のＳＥＭ画像である。図２に示すように、球状のＣｒ粒子が確認された。

【0031】

図３及び図４はそれぞれ比較例粉末及び実施例粉末の写真である。実施例粉末は、赤銅色が支配的であり、青色の粉末群は確認されなかった。他方、比較例粉末では、点線で囲んだ領域に青色の粉末群（純Ｃｒ粉末の偏在領域）が確認された。また、比較例粉末及び実施例粉末それぞれの流動度を測定し、表１の結果を得た。流動度の測定は、実施形態に記載の「ＪＩＳ Ｚ ２５０２」にしたがって行った。また、比較例粉末及び実施例粉末それぞれの球形度を測定し、表２の結果を得た。Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製の静的自動画像分析装置 モフォロギＧ３を用いて、二次投影像における円相当径が１０μｍ以上の粉末粒子１０００個に対し球形度を測定し、これらの算術平均値を球形度とした。

【表1】

【表2】

【0032】

図３及び図４の写真を比較参照して、実施例粉末は、比較例粉末と異なりＣｒ粉末が均一に分散していることがわかった。また、表１から、実施例粉末は、比較例粉末よりも流動性が優れていることがわかった。また、表２から、実施例粉末は、比較例粉末よりも球形度が優れている（１.００に近い）ことがわかった。なお、実施例粉末では、第１の金属粉末及び第２の金属粉末のそれぞれの球形度も０．８０以上であった。比較例粉末では、第１の金属粉末及び第２の金属粉末のそれぞれの球形度もそれぞれ０．８０未満であった。

【0033】

以上の実験結果から、球状のＣｒ粉末をＣｕＣｒアトマイズ粉に添加することによってアトマイズ法では製造できないＣｒ濃度が高く、かつ、Ｃｒが均一に分散した３Ｄ造形用混合粉末を得られることがわかった。

【0034】

（第２実施例）
試料Ａ～Ｅを準備して、それぞれの吸光率（％）を測定した。吸光率（％）は、日本分光株式会社製 紫外可視近赤外分光光度計V-770DSにより測定した。一般的にレーザー式金属積層造形機に広く用いられるファイバーレーザーの波長である１０６４nmにおけるレーザー光吸収率を比較した。なお、レーザー光吸収率は、測定によって求められる全反射を用いて、「吸収率＝１－全反射率」にて算出した。
試料Ａ：ガスアトマイズ法により製造した球状のＣｕ１５Ｃｒ合金粉末に、球状のＣｒ粉末を混合したＣｕ２５Ｃｒ混合粉末
なお、試料ＡにおけるＣｒの体積率は、１３．７％であった。
試料Ｂ：ガスアトマイズ法により製造した球状のＣｕ１５Ｃｒ合金粉末に、Ｃｒの解砕粉（不定形状）を混合したＣｕ２５Ｃｒ混合粉末
試料Ｃ：ガスアトマイズ法により製造した球状のＣｕ１５Ｃｒ合金粉末
試料Ｄ：ガスアトマイズ法により製造した球状のＣｕ粉末
試料Ｅ：ガスアトマイズ法により製造した球状の純Ｃｕ粉末に、球状のＣｒ粉末を混合したＣｕ２５Ｃｒ混合粉末
なお、試料EにおけるＣｒの体積率は、２９．４％であった。
試料Ａ，ＥのＣｒ粉末（第２の金属粉末）は、純Ｃｒの解砕粉に対して球状化処理を施すことにより製造した。球状化処理には、ニイミ産業製のプラズマ球状化処理装置（型番：Ｎ－Ｐｌａｓｍａ Ｍｅｌｔｉｎｇ）を使用した。

【0035】

試料Ａ～Ｅの吸光率を図５に示す。同図から明らかなように、試料Ａ及び試料Ｅ（球状のＣｒ粉末を混合した混合粉末）は、３Ｄ造形で汎用される鋼の吸光率（５０％）以上を備えているため、造形用粉末として適している。また、試料Ｂも５０％以上の吸光率を備えているが、前述の図３及び図４から、試料Ｂは試料Ａと異なり、純Ｃｒ粉末が均一に分散していないため、レーザーや電子ビームの照射位置によって吸光率にばらつきが生じる。したがって造形性にもばらつきが生じるため、３Ｄ造形用混合粉末には適さない。試料Ａを用いて３Ｄ造形を行ったところ、図６の立方体が得られた。

【0036】

また、試料Ａについて、レーザーのエネルギー密度を種々変更して、３Ｄ造形をした後、３Ｄ造形体を切断して、切断面における残存Ｃｒ粉の面積比を求めた。その結果を図７に示す。
同図に示すように、切断面における残存Ｃｒ粉の面積比は０．５％以下であり、混合粉末におけるＣｒの体積率（１３．７％）より遥かに小さかった。これにより、高融点のＣｒ粉末が溶融していることが確認された。

【0037】

（第３実施例）
第１実施例及び第２実施例の試験を、他の試料についても行った。その結果を表３に示す。

【表3】

表３の「第１の金属粉末のＭ量」とは、第１の金属粉末に含まれるＭ（メタル）の含有量（質量％）のことであり、「合計Ｍ量」とは、混合粉末全体に含まれるＭの含有量（質量％）のことである。例えば、試料Ｆは、Ｖ：０．２質量％及び残部がＣｕからなる第１の金属粉末と、Ｖからなる第２の混合粉末とを混合した混合粉末であって、Ｖの総含有量１７質量％の混合粉末である。また、試料Ｈは、Ｃｕのみからなる第１の金属粉末（純Ｃｕ粉末）と、Ｔａからなる第２の金属粉末とを混合した混合粉末であって、Ｔａの総含有量が５質量％の混合粉末である。実施例では、アトマイズ粉からなる第１の金属粉末に、球状の第２の金属粉末を添加した。実施例における第２の金属粉末には、ニイミ産業製のプラズマ球状化処理装置（型番：Ｎ-Ｐｌａｓｍａ Ｍｅｌｔｉｎｇ）を用いて解砕粉を球状化した、球状化処理粉を使用した。比較例では、アトマイズ粉からなる第１の金属粉末に、解砕粉である第２の金属粉末を添加した。

【0038】

流動度、球形度、外観上のＭ粉末の偏在については、第１実施例と同様の方法で測定及び評価した。混合粉末を５回サンプリングして、それぞれのサンプルの吸光率を測定し、最大値及び最小値の差分を吸光率のバラつきとした。吸光率の測定は、第２実施例と同じにした。それぞれの混合粉末を原料として、３Ｄ造形を行うことにより、１０ｍｍ角のブロックを得た。３Ｄ造形時のエネルギー密度は、２９０Ｊ／ｍｍ^３とした。３Ｄ造形体を切断して、切断面における残存Ｍの面積比を求めた。

【0039】

以上の実験結果から、球状のＭ粉末をＣｕＭアトマイズ粉又は純Ｃｕアトマイズ粉に添加することによって、アトマイズ法では製造できないＭ濃度が高く、かつ、Ｍが均一に分散した３Ｄ造形用混合粉末を得られることがわかった。また、実施例の粉末では、吸光率のバラつきを小さくできた。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2023-05-23

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

球状に成形されたＣｕ粉末及び／又はＣｕＭ（ただし、Ｍは融点が１７００℃以上の１種以上または２種以上の金属元素である）合金粉末からなる第１の金属粉末と、球状に成形されたＭ粉末からなる第２の金属粉末と、を３Ｄ造形用混合粉末のＭ濃度が目標濃度となるように混合する混合ステップを有し、
前記目標濃度が７５質量％以下である３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項2】

前記混合ステップは、３Ｄ造形用混合粉末のＭ濃度が前記目標濃度となるように、第１の金属粉末及び第２の金属粉末の混合比を決定する混合比決定ステップと、
前記決定ステップで決定した混合比に応じて第１の金属粉末及び第２の金属粉末を計量
する計量ステップと、
前記計量ステップで計量した第１の金属粉末及び第２の金属粉末を混合する狭義の混合
ステップとからなることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項3】

前記第１の金属粉末を製造する第１の金属粉末製造ステップを有し、
前記第１の金属粉末製造ステップは、溶解されたＣｕからなる溶湯及び／又はＭ濃度が
１５質量％以下であるＣｕＭ合金からなる溶湯を得るステップと、この溶湯からアトマイ
ズ法により前記第１の金属粉末を製造するステップと、を有することを特徴とする請求項
１又は２に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項4】

前記第２の金属粉末を製造する第２の金属粉末製造ステップを有し、
前記第２の金属粉末製造ステップは、Ｍ粉末をプラズマ溶融処理によって製造するステ
ップであることを特徴とする請求項１又は２に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項5】

前記第２の金属粉末を製造する第２の金属粉末製造ステップを有し、
前記第２の金属粉末製造ステップは、Ｍ粉末をプラズマ溶融処理によって製造するステ
ップであることを特徴とする請求項３に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項6】

前記狭義の混合ステップにおいて、混合された混合粉末の球形度は、０．８０以上であ
ることを特徴とする請求項２に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【手続補正書】

【提出日】2023-08-08

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形ステージに搬送される３Ｄ造形用混合粉末の製造方法であって、
球状に成形されたＣｕ粉末及び／又はＣｕＭ（ただし、Ｍは融点が１７００℃以上の１種以上または２種以上の金属元素である）合金粉末からなる第１の金属粉末と、球状に成形されたＭ粉末からなる第２の金属粉末と、を３Ｄ造形用混合粉末のＭ濃度が目標濃度となるように混合して、球形度が０．８０以上の混合粉末を得る混合ステップを有し、
前記目標濃度が７５質量％以下である３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項2】

前記第１の金属粉末は、ＣｕＭ合金粉末、又は、Ｃｕ粉末及びＣｕＭ合金粉末の混合粉末であり、
ＣｕＭ合金粉末は、アトマイズ粉であり、かつ、Ｍ濃度が１５質量％以下であることを
特徴とする請求項１に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【請求項3】

前記第２の金属粉末は、プラズマ溶融処理によって製造されることを特徴とする請求項１又は２に記載の３Ｄ造形用混合粉末の製造方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図2】