JP2019044232A - Filter made of metal powder and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属粉末製フィルターおよびその製造方法に関し、より詳しくは、円形・楕円形又は多角形の孔形状であって、微細でかつ長い空孔を有する金属粉末製フィルターおよびその製造方法に関するものである。
特に、本発明の金属粉末製フィルターは、熱音響機関の温度差を空気の振動（音響）に替える蓄熱部に用いて好適である。
The present invention relates to a filter made of metal powder and a method of manufacturing the same, and more particularly to a filter made of metal powder having a round, oval or polygonal pore shape and having fine and long pores, and a method of manufacturing the same It is.
In particular, the metal powder filter of the present invention is suitable for use in a heat storage section that changes the temperature difference of a thermoacoustic engine to the vibration (sound) of air.
濾過フィルターは、種々の工業分野において用いられており、例えば、水処理、冷凍機内の冷媒等の液体、または、ガスを濾過するために用いられている。ここで、金属粉末製フィルターは、例えば濾過度１μｍ以下である金属粉末製フィルターが知られている（特許文献１、２参照）。ここで、例えば濾過度１μｍ以下とは、エタノール水溶液中に粒子径が揃ったＳＴＡＤＥＸ標準粒子（真球状ポリエステル系ラテックス粒子）を分散させ、差圧０．１ｋｇｆ／ｃｍ２程度でフィルターを通過した粒子直径が１μｍ以下であるフィルターをいう。 Filtration filters are used in various industrial fields, and are used, for example, to filter liquids, such as water treatment, refrigerants in refrigerators, or gases. Here, as the metal powder filter, for example, a metal powder filter having a filtration degree of 1 μm or less is known (see Patent Documents 1 and 2). Here, for example, particles having a filter degree of 1 μm or less are particles dispersed in an aqueous ethanol solution by dispersing STADEX standard particles (true spherical polyester latex particles) having the same particle size and passing through the filter with a differential pressure of about 0.1 kgf / cm 2 A filter with a diameter of 1 μm or less.
冷蔵庫、あるいは冷凍機などにおいてはいわゆる冷媒を圧縮し、これを気化させることにより断熱膨張させて冷却効果を得られていることは良く知られている通りである。かかる冷媒を循環している配管は内径が小さいため、配管の組み立て時に配管内に残留したゴミや配管内の付着物が冷媒を循環させている配管内を詰まらせる。そこで、冷媒用の配管内に生じた種々のダストなどを濾過する必要が生じる。 It is well known that in a refrigerator, a refrigerator or the like, a so-called refrigerant is compressed and vaporized to adiabatically expand to obtain a cooling effect. Since a pipe circulating such a refrigerant has a small inner diameter, dust remaining in the pipe at the time of assembling the pipe and deposits on the pipe clog the pipe circulating the refrigerant. Therefore, it is necessary to filter various dusts and the like generated in the refrigerant pipe.
従来、金属粉末を用いて製造した金属粉末製フィルターの製造方法は、金属粉体を圧縮して成形する圧粉成形法、もしくは、金属粉末を型に単に充填する粉末充填法を用い、これらを焼結して金属フィルターを製造する方法が採用されている。
従来の金属粉末製フィルターの製造方法における充填法においては、例えば青銅、ステンレス鋼などのガスアトマイズ法で製造された球状の金属粉末を、まず所定の粒度に篩分けし、例えば６０〜９００μｍの粉末を得て、これを所定の形状の容器に充填し焼結する。
Conventionally, a method of manufacturing a filter made of metal powder manufactured using metal powder uses a powder compacting method in which metal powder is compressed and molded, or a powder filling method in which metal powder is simply filled in a mold. A method of sintering to produce a metal filter is employed.
In the filling method in the conventional method for producing a metal powder filter, for example, spherical metal powder produced by a gas atomizing method such as bronze or stainless steel is first sieved to a predetermined particle size, for example, 60 to 900 μm powder The obtained powder is filled into a container of a predetermined shape and sintered.
一方、加圧成形法においては、青銅、ステンレス鋼などの水アトマイズ法で製造された不規則な形状の金属粉末を、４０〜５００μｍの粉末に篩分けし、または、球状粉末に、例えばパラフィンワックス等のバインダーを配合し、圧力によって圧縮成形したものを箱状の容器内に充填し、これを焼結する。焼結後において箱からこれらの焼結体を取り出し、必要に応じ所定の形状に加工し、その後酸洗し、あるいは適当な表面処理などを行って金属粉末製フィルターを製造していた。 On the other hand, in the pressure forming method, irregularly shaped metal powders produced by water atomization such as bronze and stainless steel are sieved into 40 to 500 μm powders, or, for example, paraffin wax to spherical powders. And the like, and compression-molded by pressure is filled in a box-like container and sintered. After sintering, these sintered bodies are taken out of the box, processed into a predetermined shape as required, and then pickled or subjected to appropriate surface treatment, etc. to produce a metal powder filter.
近年、３Ｄプリンティングという製造方法が注目されており、ＣＡＤで作成された設計データに従って、微細粒径の金属粉末を噴射して、あるいは厚さに敷き詰めた微細粒径の金属粉末を一定のレーザ照射による溶融接合技術によって目的物を製造することが行われている（特許文献３〜６参照）。そこで、３Ｄプリンティングを用いて、空孔が連続している金属粉末製フィルターも提案されている（非特許文献１参照）。
ここで、金属粉末製フィルターにおいては、その断面方向の面積に対して、細孔の開口面積に相当する空孔率がなるべく高いほうが好ましく、他方でフィルターに必要な剛性を確保する必要がある。典型的な空孔率は、例えば５０％〜８５％である。しかし、金属粉末を３Ｄプリンティングで製造する場合には、開口径が金属粉末の数倍程度である細孔に関しては、細孔に金属粉末が目詰まりして、充分な空孔率を確保することが困難になるという課題があった。
In recent years, 3D printing has attracted attention, and according to design data created by CAD, metal powder of fine particle size is sprayed or metal powder of fine particle size, which is spread in thickness, is subjected to constant laser irradiation The object is manufactured by the fusion bonding technique according to (see Patent Documents 3 to 6). Therefore, metal powder filters in which pores are continuous using 3D printing have also been proposed (see Non-Patent Document 1).
Here, in the metal powder filter, the porosity corresponding to the opening area of the pores is preferably as high as possible with respect to the area in the cross sectional direction, and on the other hand, it is necessary to secure the rigidity necessary for the filter. Typical porosity is, for example, 50% to 85%. However, in the case of producing metal powder by 3D printing, for pores whose opening diameter is about several times that of the metal powder, the metal powder is clogged in the pores to secure a sufficient porosity. Was a challenge.
また、従来の金属粉末を用いて製造した金属粉末製フィルターによれば、熱音響機関の温度差を空気の振動（音響）に替える蓄熱部の用途に用いる為には、圧力損失が大きく、音響機器としては性能が良くなかった。
熱音響機関の蓄熱部として用いるフィルターの場合は、単に金属粉末を焼結した多孔質体ではなく、連続した細孔のアスペクト比（細孔の長さと開口の代表長さとの比）が大きいものが必要である。他方で、典型的な空孔率として、例えば５０％〜８０％が必要である。でなわち、細孔は内径５００μｍ〜１５００μｍで、フィルターの厚みに相当する細孔の長さが５ｍｍ〜５０ｍｍに相当するから、アスペクト比として１０乃至１００程度が必要となっている。
Moreover, according to the metal powder filter manufactured using the conventional metal powder, the pressure loss is large in order to use for the application of the heat storage part which changes the temperature difference of the thermoacoustic engine to the vibration (sound) of air. The device did not perform well.
In the case of a filter used as a heat storage part of a thermoacoustic engine, it is not a porous body obtained by merely sintering a metal powder, but one having a large aspect ratio of a continuous pore (ratio of pore length to representative length of opening) is necessary. On the other hand, a typical porosity of, for example, 50% to 80% is required. That is, since the pores have an inner diameter of 500 μm to 1500 μm and the length of the pores corresponding to the thickness of the filter is 5 mm to 50 mm, an aspect ratio of about 10 to 100 is required.
上述したように、金属粉末を用いて製造した金属粉末製フィルターにおいては、空孔率として５０〜８７％を確保すると共に、細孔間の隔壁も必要な剛性を確保する必要がある。この場合、細孔間の隔壁の厚みは使用する金属粉末の粒径に依存し、極端に薄くすることは困難であり、典型的は１５０μｍ〜２５０μｍの厚みとなる。すると、空孔率を確保する為には、細孔群の形状と配置を充分検討する必要がある。
また、熱音響機関の蓄熱部として用いるフィルターの場合は、細孔のアスペクト比を大きくする必要があり、また空孔率をなるべく高くして、圧力損失を小さくすると共に、必要な剛性を確保する必要があるという課題がある。
本発明は、従来の金属粉末製フィルターにおける上記の問題を解決するためになされたものであり、金属粉末のレーザ焼結を用いて細孔間の隔壁の厚みを確保しつつ、必要な空孔率を確保できる金属粉末製フィルターおよびその製造方法を提供することを課題としている。
As described above, in the metal powder filter manufactured using the metal powder, it is necessary to secure 50 to 87% of the porosity and to secure necessary rigidity for the partition between the pores. In this case, the thickness of the partition between the pores depends on the particle size of the metal powder used, and it is difficult to make it extremely thin, and the thickness is typically 150 μm to 250 μm. Then, in order to secure the porosity, it is necessary to sufficiently study the shape and arrangement of the pore group.
Also, in the case of a filter used as a heat storage section of a thermoacoustic engine, it is necessary to increase the aspect ratio of the pores, and the porosity is made as high as possible to reduce pressure loss and secure necessary rigidity. There is a problem that it is necessary.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional filter made of metal powder, and the necessary pores while securing the thickness of the partition between the pores using laser sintering of the metal powder. It is an object of the present invention to provide a metal powder filter and a method of manufacturing the same that can secure a high
本発明の金属粉末製フィルターは、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
（１）レーザ焼結された金属粉末製フィルターであって、前記金属粉末の粒子径は篩分けした１μｍ〜４５μｍの範囲にあり、
前記金属粉末製フィルターの任意の横断面表面には、断面矩形状の格子状に配置された細孔であって、前記細孔の開口部の一辺の長さは６００μｍ〜２８００μｍであり、前記細孔と隣接する細孔との隔壁が１５０μｍ〜２５０μｍの厚みをなす細孔群が設けられ、
前記細孔がそのフィルターの縦断面を貫通していると共に、前記細孔の内壁に前記金属粉末の微粒子が前記細孔を塞がない状態で固着しており、前記フィルターの空孔率が５０〜８７％を有するものである。
（２）前記細孔の開口部の一辺の長さは６００μｍ〜１３００μｍであり、前記フィルターの空孔率が５０〜７５％を有する（１）に記載の金属粉末製フィルター。
The metal powder filter of the present invention is characterized by the following in order to solve the above-mentioned problems.
(1) A laser-sintered metal powder filter, wherein the particle size of the metal powder is in the range of 1 μm to 45 μm which has been sieved,
In the cross-sectional surface of an arbitrary cross section of the metal powder filter, the pores are arranged in a lattice of rectangular cross section, and the length of one side of the opening of the pores is 600 μm to 2800 μm, A pore group having a thickness of 150 μm to 250 μm is provided in the partition wall between the pore and the adjacent pore,
The pores penetrate the longitudinal cross section of the filter, and the fine particles of the metal powder adhere to the inner walls of the pores without blocking the pores, and the porosity of the filter is 50 With ~ 87%.
(2) The metal powder filter according to (1), wherein the length of one side of the aperture of the pore is 600 μm to 1300 μm, and the porosity of the filter is 50 to 75%.
（３）レーザ焼結された金属粉末製フィルターであって、前記金属粉末の粒子径は篩分けした１μｍ〜４５μｍの範囲にあり、
前記金属粉末製フィルターの任意の横断面表面には、断面円形、楕円形又は六角形の細孔であって、前記細孔はハニカム状に配置されており、前記細孔の開口部の直径、長径又は対角線の長さは６００μｍ〜２８００μｍであり、前記細孔と隣接する細孔との隔壁が１５０μｍ〜２５０μｍの厚みをなす細孔群が設けられ、
前記細孔がそのフィルターの縦断面を貫通していると共に、前記細孔の内壁に前記金属粉末の微粒子が前記細孔を塞がない状態で固着しており、
前記フィルターの空孔率が５０〜８７％を有するものである。
（４）前記細孔の開口部の直径、長径又は対角線の長さは６００μｍ〜１３００μｍであり、前記フィルターの空孔率が５０〜７５％を有する（３）に記載の金属粉末製フィルター。
（５）前記金属粉末の粒子径は篩分けした１０μｍ〜４５μｍの範囲にある（１）乃至（４）の何れか１項に記載した金属粉末製フィルター。
（６）前記金属粉末製フィルターの金属が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｎ及びこれらを１種以上含有する合金のいずれかである（１）乃至（５）の何れか１項に記載した金属粉末製フィルター。
(3) A laser-sintered metal powder filter, wherein the particle size of the metal powder is in the range of 1 μm to 45 μm which has been sieved,
In the cross-sectional surface of any of the metal powder filters, pores having a circular, elliptical or hexagonal cross section, the pores being arranged in a honeycomb shape, the diameter of the opening of the pores, The major axis or the length of a diagonal is 600 μm to 2800 μm, and a pore group having a thickness of 150 μm to 250 μm is provided in the partition wall between the pore and the adjacent pore,
The pores penetrate the longitudinal cross section of the filter, and the fine particles of the metal powder adhere to the inner walls of the pores without blocking the pores.
The porosity of the filter is 50 to 87%.
(4) The metal powder filter according to (3), wherein the diameter, length or diagonal length of the opening of the pore is 600 μm to 1300 μm, and the porosity of the filter is 50 to 75%.
(5) The metal powder filter according to any one of (1) to (4), wherein the particle size of the metal powder is in the range of 10 μm to 45 μm after screening.
(6) The metal of the filter made of metal powder is any of Fe, Ni, Co, Ti, Cr, W, Mo, Al, Mg, Cu, Ag, Au, Pt, Mn and alloys containing one or more of these. The metal powder filter according to any one of (1) to (5).
本発明の金属粉末製フィルターの製造方法は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
（７）（ａ）篩分けした１μｍ〜４５μｍの粒径の金属粉末製粉末を用意する工程と、
（ｂ）製造する金属粉末製フィルターの厚み方向のＣＡＤデータを読み込む工程であって、前記ＣＡＤデータはフィルターの空孔率として５０〜８７％を確保するように、金属粉末製フィルターの任意の横断面表面に配置された細孔群を有し、
（ｃ）前記金属粉末製粉末を、製造対象の金属粉末製フィルターの表面に前記金属粉末製粉末の一層分又は複数の層分に相当する噴霧する工程と、
（ｄ）前記噴霧された金属粉末製粉末層に対して、前記ＣＡＤデータに基づいて、前記金属粉末を焼結させるレーザ光線を照射する工程と、
（ｅ）前記金属粉末製フィルターの細孔となる開口面を塞がないように、前記レーザ光線の強度を調整する工程とを有するものである。
The method for producing a metal powder filter of the present invention is characterized by the following in order to solve the above-mentioned problems.
(7) (a) preparing a metal powder of 1 μm to 45 μm particle size which has been sieved;
(B) A step of reading CAD data in the thickness direction of the metal powder filter to be manufactured, wherein said CAD data is arbitrary crossing of the metal powder filter so as to ensure 50 to 87% of the porosity of the filter. Have pores arranged on the surface,
(C) spraying the metal powder powder onto the surface of the metal powder filter to be produced, which corresponds to one or more layers of the metal powder powder;
(D) irradiating the sprayed metal powder layer with a laser beam to sinter the metal powder based on the CAD data;
(E) adjusting the intensity of the laser beam so as not to block the opening surface of the metal powder filter.
（８）（ａ）篩分けした１μｍ〜４５μｍの粒径の金属粉末製粉末を用意する工程と、
（ｂ）製造する金属粉末製フィルターの厚み方向のＣＡＤデータを読み込む工程であって、前記ＣＡＤデータはフィルターの空孔率として５０〜８７％を確保するように、金属粉末製フィルターの任意の横断面表面に配置された細孔群を有し、
（ｃ）製造対象の金属粉末製フィルターであって、予め製造された単層若しくは複数層の前記金属粉末製フィルター（第１フィルター）を用意する工程と、
（ｄ）前記金属粉末製粉末を、前記製造対象の金属粉末製フィルターの表面に前記金属粉末製粉末の一層分又は複数の層分に相当する噴霧する工程と、
（ｅ）前記噴霧された金属粉末製粉末層に対して、前記製造対象の金属粉末製フィルターの厚み方向のＣＡＤデータに基づいて、前記金属粉末を焼結させるレーザ光線を照射する工程と、
（ｆ）前記金属粉末製フィルターの細孔となる開口面を塞がないように、前記レーザ光線の強度を調整する工程とを有するものである。
(8) (a) preparing a metal powder of 1 μm to 45 μm in particle size which has been sieved;
(B) A step of reading CAD data in the thickness direction of the metal powder filter to be manufactured, wherein said CAD data is arbitrary crossing of the metal powder filter so as to ensure 50 to 87% of the porosity of the filter. Have pores arranged on the surface,
(C) preparing a metal powder filter to be manufactured, wherein a single layer or plural layers of the metal powder filter (first filter) manufactured in advance are prepared;
(D) spraying the metal powder powder onto the surface of the metal powder filter to be manufactured, which corresponds to one layer or plural layers of the metal powder powder;
(E) irradiating the sprayed metal powder layer with a laser beam for sintering the metal powder based on CAD data in the thickness direction of the metal powder filter to be manufactured;
(F) adjusting the intensity of the laser beam so as not to block the opening surface of the metal powder filter.
本発明の金属粉末製フィルターによれば、金属粉末のレーザ焼結を用いて細孔間の隔壁の厚みを確保しつつ、フィルターとして必要な空孔率を確保できる金属粉末製フィルターが提供できる。
本発明の金属粉末製フィルターの製造方法によれば、上記の金属粉末製フィルターが効率よく製造できる。
本発明の金属粉末製フィルターによれば、細孔のアスペクト比を大きくすると共に、空孔率をなるべく高くして、圧力損失を小さくし、さらに必要な剛性を確保した熱音響機関の蓄熱部として用いるフィルターに適した金属粉末製フィルターが提供できる。
According to the metal powder filter of the present invention, it is possible to provide the metal powder filter capable of securing the porosity necessary for the filter while securing the thickness of the partition between the pores by using the laser sintering of the metal powder.
According to the method for producing a metal powder filter of the present invention, the above-mentioned metal powder filter can be produced efficiently.
According to the metal powder filter of the present invention, the aspect ratio of the pores is increased, the porosity is increased as much as possible, the pressure loss is reduced, and the heat storage portion of the thermoacoustic engine in which the necessary rigidity is secured. The metal powder filter suitable for the filter to be used can be provided.
以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。もちろん本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。
本発明の金属粉末製フィルターは、レーザ焼結された金属粉末製フィルターであって、金属粉末の粒子径は篩分けした１μｍ〜４５μｍの範囲にあるとよい。金属粉末の粒子径が１μｍ未満の場合は、不活性ガスによって飛散したり、ワークの隙間に入り込み、加工作業の作業性を害する。ここで、不活性ガスは、レーザ光線によって加熱された金属粉末が酸化するのを防止するもので、例えばアルゴンガスや窒素ガスが用いられる。金属粉末の粒子径が４５μｍを超す場合は、金属粉末を一層毎に積む厚さが、溶融後で３０μｍを超すため、精密な形状を有する目的物の３Ｄプリンティングが困難になる。
好ましくは、金属粉末の粒子径は篩分けした１０μｍ〜４５μｍの範囲にあるとよい。金属粉末の粒子径が１０μｍ未満の場合は、金属粉末を一層毎に積む厚さと比較して、金属粉末の粒子径が小さくなり、製造コストは微細粉末になるほど高価になることから、製造コストが高くなる。
金属粉末の材料金属は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｎ及びこれらを１種以上含有する合金のいずれかであるとよい。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. Of course, the present invention is not limited at all by these examples.
The metal powder filter of the present invention is a laser-sintered metal powder filter, and the particle size of the metal powder is preferably in the range of 1 μm to 45 μm after screening. When the particle size of the metal powder is less than 1 μm, the metal powder is scattered by the inert gas or enters the gap of the workpiece, which impairs the workability of the processing operation. Here, the inert gas prevents the metal powder heated by the laser beam from being oxidized, and, for example, argon gas or nitrogen gas is used. When the particle size of the metal powder exceeds 45 μm, the thickness of each layer of the metal powder after deposition exceeds 30 μm after melting, which makes 3D printing of an object having a precise shape difficult.
Preferably, the particle size of the metal powder is in the range of 10 μm to 45 μm after sieving. When the particle size of the metal powder is less than 10 μm, the particle size of the metal powder becomes smaller compared to the thickness in which the metal powder is stacked one by one, and the manufacturing cost becomes higher as the powder becomes finer. Get higher.
The material of the metal powder may be any of Fe, Ni, Co, Ti, Cr, W, Mo, Al, Mg, Cu, Ag, Au, Pt, Mn, and an alloy containing one or more of these. .
３Ｄプリンティングは、微細粒径の金属粉末を噴射してレーザ焼結技術によって目的物を製造するものである。従って、３Ｄプリンティングにより製造される目的物の寸法精度は、金属粉末の粒径とレーザ光線によるレーザ焼結技術の制限を受ける。
金属粉末製フィルターでは、フィルターの空孔率が５０〜８７％を有する必要がある。そこで、細孔の開口部の面積と、細孔間の隔壁の占有する面積、並びに細孔群の外枠となる外周面の面積を検討する必要がある。ここでは、フィルターの空孔率の計算の便宜上、隔壁の厚さと外枠の厚さは共通とし、レーザ焼結技術の内在的制限により、ＣＡＤデータでの設定値とレーザ焼結後の仕上がり値との差が１００μｍ生ずるものとしている。
In 3D printing, metal powder of fine particle size is sprayed to produce an object by laser sintering technology. Therefore, the dimensional accuracy of the object produced by 3D printing is limited by the particle size of the metal powder and the laser sintering technology by laser beam.
In the case of a metal powder filter, the porosity of the filter needs to be 50 to 87%. Therefore, it is necessary to examine the area of the opening of the pore, the area occupied by the partition between the pores, and the area of the outer peripheral surface which is the outer frame of the pore group. Here, for convenience of calculation of the porosity of the filter, the thickness of the partition and the thickness of the outer frame are made common, and due to the intrinsic limitation of the laser sintering technology, the set value in CAD data and the finish value after laser sintering And a difference of 100 μm.
金属粉末製フィルターに、断面矩形状の格子状に配置された細孔群が設けられている場合に、フィルターの空孔率として５０〜８７％を確保するには、細孔の開口部の一辺の長さは下限値５００μｍ、上限値１３００μｍとなる。フィルターの空孔率として５０〜８７％を確保するには、細孔の開口部の一辺の長さは下限値５００μｍ、上限値２８００μｍとなる。ここでは、隔壁の厚さと外枠の厚さが、レーザ焼結後の仕上がり値として２００μｍの場合を表１〜表３に示す。ここで、ＣＡＤデータによる設計値は、照射するレーザ光線の直径を考慮しているが、レーザ光線による金属粉末の溶融は考慮していないものである。これに対して、レーザ焼結後は、レーザ光線による金属粉末の溶融の影響が、細孔群に現れている。なお、フィルターの空孔率として５０〜７５％を確保するには、細孔の開口部の一辺の長さは下限値５００μｍ、上限値１３００μｍとなる。
金属粉末をレーザ焼結する製造方法では、例えばＣＡＤデータにおける細孔の設計開口の一辺長さに対して、金属粉末の粒子径の２粒子分ないし５粒子分を控除した値であって、照射するレーザ光線の強度に依存して変動する。従って、ＣＡＤデータにおける細孔の設計開口の一辺長さが６００μｍ〜１４００μｍの細孔であれば、レーザ焼結後の仕上がり値として５００μｍ〜１３００μｍの細孔が存在する金属粉末製フィルターが得られる。
金属粉末製フィルターに、断面矩形状の格子状に配置された細孔群が設けられている場合は、細孔群の形状が断面円形、楕円形又は六角形の場合であって、格子状に配置された場合の空孔率よりも高くなる。細孔群の形状が断面円形、楕円形又は六角形の場合に、空孔率を高めるためには、細孔群をハニカム状に配置するとよい。
In the manufacturing method for laser sintering metal powder, for example, it is a value obtained by subtracting two particles to five particles of the particle diameter of the metal powder with respect to one side length of the design opening of the pore in CAD data. It fluctuates depending on the intensity of the laser beam. Therefore, if the length of one side of the design opening of the pore in the CAD data is 600 μm to 1,400 μm, a metal powder filter having pores of 500 μm to 1,300 μm as a finished value after laser sintering is obtained.
In the case where the metal powder filter is provided with a pore group arranged in a grid shape having a rectangular cross section, the shape of the pore group is circular, oval or hexagonal in cross section, and in a grid shape It is higher than the porosity when placed. When the shape of the pore group is circular, elliptical or hexagonal in cross section, the pore group may be arranged in a honeycomb shape in order to enhance the porosity.
＜金属粉末製フィルターの製造方法＞
以下に、本発明の金属粉末製フィルターの製造工程の一実施形態について説明する。
近年、３Ｄプリンティングという製造方法が注目されており、ＣＡＤで作成された設計データに従って、微細粒径の金属粉末を噴射して、レーザ焼結技術によって目的物を製造することが行われている。
<Method of manufacturing metal powder filter>
Hereinafter, an embodiment of the process for producing the metal powder filter of the present invention will be described.
In recent years, a manufacturing method called 3D printing has attracted attention, and in accordance with design data created by CAD, metal powder with a fine particle diameter is jetted to manufacture a target by laser sintering technology.
３Ｄプリンティングは、製品開発時間を短縮しかつ製品品質を高めるために製品開発において使用される。これは三次元ＣＡＤモデルから直接にプロトタイプを製造することによって可能になる。この３Ｄプリンティングによる製造方法は、例えばＤＥ１９６４９８６５Ｃ１で公知であり、この公知の選択的レーザ溶解方法では、構成要素を市販の鋼または金属から製造することができる。この目的で、材料は、各場合に薄い層として、粉末形態で構築プラットフォームに塗布される。ここで、構築プラットフォームは、製造対象となる金属粉末製フィルターに相当する。 3D printing is used in product development to reduce product development time and improve product quality. This is made possible by manufacturing the prototype directly from the 3D CAD model. A method of manufacture by means of this 3D printing is known, for example, from DE 196 498 65 C1, in which known selective laser melting methods allow the components to be manufactured from commercially available steel or metal. For this purpose, the material is applied to the build platform in powder form in each case as a thin layer. Here, the construction platform corresponds to a metal powder filter to be manufactured.
粉末層は、所望の構成要素の幾何学的形状に一致するようにレーザ光線を使用して局所的に溶解される。レーザ光線のエネルギーは、金属粉末がレーザ光線の入射点においてその全層の厚さにわたって完全に溶解されるように選択される。この方法では、レーザ光線は、レーザ光線の各連続するトラック(照射位置)が前のトラックに部分的に重なるように、複数のトラック中でそれぞれの材料粉末層の所定の区域にわたって案内される。同時に、例えば、酸化によって引き起こされることがある欠陥を回避するために、レーザ光線と金属粉末との間の相互作用の領域の上に遮蔽ガス雰囲気が維持される。この方法を使用して製造した鋼構成要素は、製造目的物の密度および強度の点で規定された材料仕様を満足する。選択的レーザ溶解方法を実行するための装置は、例えばＤＥ１９６４９８６５の図１に示されている。 The powder layer is locally melted using a laser beam to match the desired component geometry. The energy of the laser beam is chosen such that the metal powder is completely dissolved at the point of incidence of the laser beam throughout the thickness of its entire layer. In this method, the laser beam is guided over a predetermined area of the respective material powder layer in a plurality of tracks, such that each successive track (irradiation position) of the laser beam partially overlaps the previous track. At the same time, a shielding gas atmosphere is maintained over the area of interaction between the laser beam and the metal powder, for example to avoid defects that may be caused by oxidation. Steel components manufactured using this method meet the specified material specifications in terms of density and strength of manufactured objects. An apparatus for carrying out the selective laser melting process is shown, for example, in FIG. 1 of DE 196 48 865.
金属粉末は、例えば材料粉末の容器および構築空間上のスライドの直線運動を介して、平坦化装置を用いて構築プラットフォームまたは構築空間上に分配される。各層がレーザ光線によって加工された後、スライドは、次に塗布すべき層の厚さに対応する量だけ中間生成物である構築プラットフォーム上に、新しい金属粉末を堆積する。しかしながら、レーザ光線によって加工された層は完全には平滑ではない。層は凹凸があり、場合によっては、塗布すべき層の厚さよりも大きい突出部分を有することもある。これらの点で、スライドの下側は、粉末の新しい層の塗布中にレーザ光線によって最後に加工された層上を研削して平坦化させる。その受動的作用は、スライドがますます損傷し、摩耗を受け、したがって動作時間が増大するにつれて、所望の層の厚さがもはや平面形態で塗布されなくなり、さらには増大することを意味する。 The metal powder is distributed on the build platform or build space using, for example, a linear movement of the material powder container and slide on the build space. After each layer is processed by the laser beam, the slide deposits new metal powder on the build platform, which is an intermediate product by an amount corresponding to the thickness of the layer to be applied next. However, the layers processed by the laser beam are not completely smooth. The layer is uneven and in some cases may have protruding portions that are larger than the thickness of the layer to be applied. At these points, the lower side of the slide is ground and planarized on the layer last processed by the laser beam during the application of a new layer of powder. The passive effect means that the desired layer thickness is no longer applied in planar form, and even increases, as the slide becomes increasingly damaged and worn and thus the operating time increases.
製造目的物が非常に微細なまたは繊細な構造であり、例えば非常に薄い壁厚さをもつカラム形態で形成される場合、形成された成形体がスライドの直線運動によって損傷することがあるという問題も生じる。そこで、これを改良した３Ｄプリンティング用製造装置が提案されており、例えばＤＥ１９８５３９７８Ｃ１は、ローラの形態をした研磨装置が平坦化装置の前に固定され、新しい粉末層で被覆される前にレーザ光線によって加工された各層の表面を平滑化することができる装置が知られている。この研磨装置は平坦化装置と同じ高さに設定され、したがって塗布すべき粉末層の厚さの上に突出する凹凸または突出セクションは研磨装置によって平坦化される。したがって、平坦化装置と構成要素の間の接触および摩耗を回避することができる。 If the production object is a very fine or delicate structure, for example formed in the form of a column with a very thin wall thickness, the formed body may be damaged by linear movement of the slide It also happens. Therefore, a manufacturing device for 3D printing, which has been improved, has been proposed, for example DE 1985 39 78 C1 in which the polishing device in the form of a roller is fixed before the planarization device and is coated with a laser beam before being coated with a new powder layer. An apparatus capable of smoothing the surface of each processed layer is known. The polishing device is set to the same height as the planarization device, so that the asperities or protruding sections which project above the thickness of the powder layer to be applied are planarized by the polishing device. Thus, contact and wear between the planarization apparatus and the components can be avoided.
上記の３Ｄプリンティング用製造装置を用いたレーザ光線による金属粉末を溶融固化する製造方法により、ヒートシンクのように、多数の細孔が形成された金属粉末製フィルターを製造することができる。 A metal powder filter having a large number of pores can be manufactured like a heat sink by the manufacturing method of melting and solidifying metal powder by laser beam using the above-described manufacturing apparatus for 3D printing.
本実施例においては、金属粉末製フィルターに関する各種物性の測定、評価には、例えばＸ線ＣＴによる解析が行われる。Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）とは、Ｘ線を利用して被検査対象となる物体を走査しコンピュータを用いて画像処理することで、物体の内部画像を構成するもので、コンピュータ断層撮影と呼ばれる。 In the present embodiment, for example, X-ray CT analysis is performed to measure and evaluate various physical properties of the metal powder filter. X-ray CT (Computed Tomography) refers to computed tomography, in which an internal image of an object is constructed by scanning an object to be inspected using X-rays and performing image processing using a computer. .
［実施例１］
図１は、本発明の第１の実施例を示す金属粉末製フィルターの構成斜視図で、断面矩形の空孔を有する直方体を示している。直方体の一辺は、例えば２０ｍｍとなっている。
使用した金属粉末方式の金属３Ｄプリンタは、Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｌａｓｅｒ社製のレーザ３ＤプリンタＭＬａｂである。使用した金属パウダーは同社製Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末（粒径１０−４５μｍ）である。本３Ｄプリンタ装置を用いて図１に示す直方体を製造した。
Example 1
FIG. 1 is a configuration perspective view of a metal powder filter according to a first embodiment of the present invention, showing a rectangular parallelepiped having a void having a rectangular cross section. One side of the rectangular parallelepiped is, for example, 20 mm.
The metal powder type metal 3D printer used is a laser 3D printer MLab manufactured by Concept Laser. The metal powder used is Ti-6Al-4V alloy powder (particle size 10-45 μm) manufactured by the same company. The rectangular parallelepiped shown in FIG. 1 was manufactured using this 3D printer apparatus.
図２は、図１に示す実施例でのＸ線ＣＴ写真を示している。図２（ａ）は、図１に示す金属粉末製フィルターの平面図で、格子状に細孔が設けられている。細孔は、一辺が１．５ｍｍ角の貫通孔で、ここでは８ｘ８に配列されている。図２（ｂ）は、図１に示す実施例での金属粉末製フィルターの断面図で、図２（ａ）に示す格子状の細孔群を縦断する方向の細孔長手方向の断面を示している。細孔の内径設定値は、一辺が１．５ｍｍ角であるので、金属粉末の粒子径に比較して２０倍〜５０倍程度大きくなっており、相当内径が例えば１．３〜１．４ｍｍ角となっている。 FIG. 2 shows an X-ray CT photograph in the embodiment shown in FIG. FIG. 2 (a) is a plan view of the metal powder filter shown in FIG. 1, in which pores are provided in a lattice. The pores are through holes having a side of 1.5 mm and arranged in 8 × 8 in this case. FIG. 2 (b) is a cross-sectional view of the metal powder filter in the embodiment shown in FIG. ing. The inner diameter setting value of the pore is about 20 times to 50 times larger than the particle diameter of the metal powder because one side is 1.5 mm square, and the equivalent inner diameter is, for example, 1.3 to 1.4 mm square It has become.
図２（ｃ）は、図１に示す実施例での金属粉末製フィルターの断面図で、格子状に形成された細孔の隔壁に沿った、細孔長手方向の断面を示している。細孔の隔壁に関しては、空隙は存在しておらず、各細孔は完全に独立した細孔となっており、通気性が確保されていると共に、隣接する細孔に漏れることもない。
図２（ｄ）は、図１に示す実施例での金属粉末製フィルターの構成斜視図である。
FIG. 2C is a cross-sectional view of the metal powder filter in the embodiment shown in FIG. 1, showing a cross section in the longitudinal direction of the pores along the partition walls of the pores formed in a lattice shape. With regard to the partition walls of pores, there are no voids, and each pore is a completely independent pore, so that air permeability is ensured and leakage to adjacent pores does not occur.
FIG. 2D is a perspective view of the metal powder filter of the embodiment shown in FIG.
本発明の第１の実施例においては、金属粉末製フィルターの細孔のアスペクト比が、好ましくは２０以上、更に好ましくは１００以上、最も好ましくは２００以上であるのがよい。ここで、アスペクト比は、細孔の開口部の代表長さ（丸穴形状では直径、楕円形状では長径、六角形の場合は対角線の長さ、多角形の場合は一辺等）と細孔の長手方向の長さとの比をいう。また、空孔率が５０％以上、更に好ましくは７５％以上であるのがよい。
このような大きなアスペクト比の細孔は、ヒートシンク部材等の作製において重要なことである。しかし、切削加工を用いて直径に対して長手方向に長い細孔を作製することは、ドリル等の強度が問題となり非常に困難である。特に直径１ｍｍ以下の穴を多数、金属材料に作製することは多数のドリルを必要とし、経済的にも問題となる。他の多数の微細孔群を有する金属材料作製の作製手法としては、精密鋳造や押出法が考えられるが、どちらにおいても作製できる穴の直径やその長さには限界がある。微細粒径の金属粉末を噴射してレーザ焼結技術によって目的物を製造する３Ｄプリンティングによれば、長手方向に長い細孔を多数有する金属材料を効率的に作製できる。
In the first embodiment of the present invention, the aspect ratio of the pores of the metal powder filter is preferably 20 or more, more preferably 100 or more, and most preferably 200 or more. Here, the aspect ratio is the representative length of the opening of the pore (diameter in case of round hole shape, major axis in case of elliptical shape, length of diagonal line in case of hexagonal shape, one side etc. in case of polygon) and pore size The ratio to the length in the longitudinal direction. The porosity is preferably 50% or more, more preferably 75% or more.
Such large aspect ratio pores are important in the manufacture of heat sink members and the like. However, it is very difficult to use a cutting process to produce a long pore in the longitudinal direction with respect to the diameter because the strength of a drill or the like is a problem. In particular, making a large number of holes having a diameter of 1 mm or less in a metal material requires a large number of drills, which is economically problematic. Although precision casting and an extrusion method can be considered as a preparation method of metal material preparation which has many other micropore groups, the diameter and the length of the hole which can be produced in either are limited. According to 3D printing in which the object is manufactured by laser sintering technology by injecting metal powder of fine particle diameter, it is possible to efficiently manufacture a metal material having a large number of long pores in the longitudinal direction.
［実施例２］と［比較例１］
図３は、本発明の第１の比較例を示す金属粉末製フィルターの構成断面図を示している。第１の比較例では、細孔の長手方向の大きさが一定となっている。しかし、細孔の開口部の代表長さが、金属粉末の粒子径と比較して、１０倍よりも小さい場合は、金属粉末の影響が無視できず、細孔の内壁表面を平滑に保持することは困難である。特に、レーザ光線を用いて、金属粉末を溶融させて基材と一体に固着させている場合には、細孔の内壁表面の凸凹を、金属粉末の粒子径よりも小さくすることは、レーザ光線加工を困難とし、また製造効率が低下する。
[Example 2] and [Comparative Example 1]
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a metal powder filter showing a first comparative example of the present invention. In the first comparative example, the size in the longitudinal direction of the pores is constant. However, if the representative length of the pore opening is smaller than 10 times the particle diameter of the metal powder, the effect of the metal powder can not be ignored, and the inner wall surface of the pore is kept smooth. It is difficult. In particular, when using a laser beam to melt the metal powder and fix it integrally with the substrate, making the unevenness of the inner wall surface of the pores smaller than the particle diameter of the metal powder is a laser beam. Processing becomes difficult and manufacturing efficiency decreases.
図４は、本発明の第３の実施例を示す金属粉末製フィルターの構成断面図を示している。細孔の開口部の代表長さが、金属粉末の粒子径と比較して、１０倍よりも小さい場合はであっても、細孔の内壁表面の凸凹について、金属粉末の粒子径の半分程度までは許容することで、レーザ光線による溶融接合が容易になると共に、小さい空孔径、大きな空孔率、大きなアスペクト比を必要とする熱音響機関用のフィルターに必要な通気性が確保できる。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of a metal powder filter according to a third embodiment of the present invention. Even if the representative length of the pore opening is smaller than 10 times the particle diameter of the metal powder, the unevenness of the inner wall surface of the pore is about half the particle diameter of the metal powder By permitting this, it is possible to facilitate the fusion bonding with the laser beam and to secure the air permeability necessary for a filter for a thermoacoustic engine which requires a small hole diameter, a large porosity and a large aspect ratio.
［実施例３］と［比較例２］
本発明の第２の実施例においては、細孔の長手方向の大きさが一定となっているものを示しているが、細孔の長手方向の大きさがテーパ状やホーン状に変化してもよい。即ち、ヒートシンク用フィルターとしては、一方の面の空孔率が他方の面の空孔率と比較して大きいか、又は小さくなっていてもよい。そして、空孔率は、細孔の長手方向の深さに応じて変化するものであってもよい。
[Example 3] and [Comparative Example 2]
In the second embodiment of the present invention, it is shown that the size in the longitudinal direction of the pores is constant, but the size in the longitudinal direction of the pores is changed into a tapered shape or a horn shape. It is also good. That is, as the heat sink filter, the porosity of one surface may be larger or smaller than the porosity of the other surface. And the porosity may be changed according to the depth of the pore in the longitudinal direction.
図５は、本発明の第２の比較例を示す金属粉末製フィルターの構成断面図を示している。細孔の開口部の大きさが奥に行くにしたがって先細りする形状となっている。第２の比較例では、塵埃などの微粒子が金属粉末製フィルターに目詰まりしやすいという課題がある。
図６は、本発明の第３の実施例を示す金属粉末製フィルターの構成断面図を示している。第３の実施例では、細孔の開口部の大きさが奥に行くにしたがって先細りするが、細孔の内壁に金属粒子に起因する凹凸状の突起面を有する。この凹凸状の突起面は、例えば金属粉末の粒子径の半分程度である。従って、金属粉末の粒子径は篩分けした１０μｍ〜４５μｍの範囲にある場合には、凹凸状の突起面は２０μｍ〜４０μｍの範囲にある起伏を有する。
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a metal powder filter showing a second comparative example of the present invention. The size of the aperture of the pore is tapered toward the back. The second comparative example has a problem that fine particles such as dust easily clog the metal powder filter.
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a metal powder filter according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, although the size of the opening of the pore is tapered as it goes back, the inner wall of the pore has an uneven projecting surface due to the metal particle. The uneven protruding surface is, for example, about half the particle diameter of the metal powder. Therefore, when the particle diameter of the metal powder is in the range of 10 μm to 45 μm after sieving, the uneven projection surface has an undulation in the range of 20 μm to 40 μm.
図７は、本発明の第２及び第３の実施例の金属粉末製フィルターの作用を説明する要部構成断面図である。細孔の内壁に金属粉末に起因する凹凸を有するフィルターであり、細孔の内径とほぼ同じ程度に近い外径の塵埃粒子が詰まった場合でも、内壁の凹凸で大きな外径の塵埃粒子が途中で捕捉されて、細孔が完全に詰まることは防止され、通気性が確保できる。除去できる塵埃粒子の大きさは、凹凸状の突起面が２０μｍ〜４０μｍの範囲にあることを考慮して、断面矩形の一辺が５００μｍ〜１３００μｍの細孔に対応して、外径が４５０μｍ〜１２５０μｍの塵埃であり、例えば糸屑や髪の毛のような各種繊維が除去できる。 FIG. 7 is a sectional view of an essential part for explaining the function of the metal powder filter according to the second and third embodiments of the present invention. Even if dust particles with an outer diameter close to the same extent as the inner diameter of the pore are clogged, the filter has unevenness on the inner wall of the pores and the dust particles with large outer diameter are en route Can be trapped to prevent the pores from being completely clogged and to ensure breathability. As for the size of dust particles that can be removed, the outer diameter is 450 μm to 1250 μm, corresponding to the pores of 500 μm to 1300 μm on one side of the rectangular cross section, taking into consideration that the uneven projection surface is in the range of 20 μm Dust, which can remove various fibers such as lint and hair.
［比較例３］
図９は、本発明の比較例を示す金属粉末製フィルターの多孔形成面を示す写真である。ここでは、細孔群の長さは２０ｍｍで、細孔群の内径設定値が０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍの場合を示している。ここで、細孔の内径設定値は３Ｄプリンティング用製造装置であるレーザ金属粒子焼結装置で製造される細孔の内径設定値をいい、概ね、レーザ焼結後の仕上がり値から細孔の内壁に金属粒子に起因する凹凸状の突起面の影響を控除したものに相当する。
使用したレーザ金属粒子焼結装置は、Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｌａｓｅｒ社製のレーザ３ＤプリンタＭＬａｂである。使用した金属パウダーは同社製Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金粉末（粒径１０−４５μｍ）である。本レーザ金属粒子焼結装置を用いて幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、高さ２０ｍｍの試料を作製し、この材料にレーザ光線を直径０．１から０．５ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで円形に照射し、細孔群を作製した。レーザ光線の出力は９５Ｗ、走査速度は９００ｍｍ／分、積層厚は４０μｍである。レーザ光線の照射はアルゴンガス中で、酸素分圧０．５％以下で行われた。作製した試料はサンドブラスト処理を行い、表面の粒子を除去した後、走査型電子顕微鏡を用いて表面や細孔部の観察を行った。
レーザ光線の５種類の直径に対して、レーザ焼結後の細孔の内径設定値は、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍの４種類が有意となっている。レーザ光線の直径が０．１ｍｍのものは、金属粒子が溶融して、孔が充填されており、細孔が形成されなかった。レーザ光線の直径が０．２ｍｍのものも、金属粒子が溶融して、孔が充填されており、細孔が形成されなかった。
Comparative Example 3
FIG. 9 is a photograph showing a porous surface of a metal powder filter showing a comparative example of the present invention. Here, the length of the pore group is 20 mm, and the inner diameter setting value of the pore group is 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, and 0.5 mm. Here, the inner diameter setting value of the pore refers to the inner diameter setting value of the pore manufactured by the laser metal particle sintering apparatus which is a manufacturing apparatus for 3D printing, and generally, the finish value after laser sintering indicates the inner wall of the pore And the influence of the uneven projection surface caused by the metal particles.
The laser metal particle sintering apparatus used is a laser 3D printer MLab manufactured by Concept Laser. The metal powder used is Ti-6Al-4V alloy powder (particle size 10-45 μm) manufactured by the same company. A sample of width 5 mm, length 20 mm and height 20 mm is prepared using this laser metal particle sintering apparatus, and this material is irradiated with a laser beam circularly from 0.1 to 0.5 mm in 0.1 mm steps. , The pore group was produced. The output of the laser beam is 95 W, the scanning speed is 900 mm / min, and the lamination thickness is 40 μm. The irradiation of the laser beam was performed under an oxygen partial pressure of 0.5% or less in argon gas. The produced sample was subjected to sandblasting to remove surface particles, and then the surface and the pore portion were observed using a scanning electron microscope.
With respect to five types of diameters of the laser beam, four types of 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, and 0.5 mm are significant in the inner diameter setting value of the pores after laser sintering. When the laser beam had a diameter of 0.1 mm, the metal particles were melted to fill the pores, and no pores were formed. Also in the case of the laser beam having a diameter of 0.2 mm, the metal particles were melted to fill the pores, and no pores were formed.
図１０は、図９に示す実施例でのＸ線ＣＴ写真である。図１０（ａ）は、金属粉末製フィルターの平面図で、図の上側から下側の順で、細孔の内径設定値が０．５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１ｍｍの場合を示している。
図１０（ｂ）は、金属粉末製フィルターの断面図で、図１０（ａ）に示す４種類の細孔群を縦断する方向の細孔長手方向の断面を示している。細孔の内径設定値が０．５ｍｍに対して相当内径が０．３８ｍｍとなっている。細孔の内径設定値が０．３ｍｍに対して相当内径が０．２０ｍｍとなっている。細孔の内径設定値が０．２ｍｍに対して、相当内径が０．１４ｍｍとなっており、細孔は部分的に塞がれているが、一部空隙も存在しており、全体的な観察からは細孔の存在を認識できるが、通気性が確保されている。細孔の内径設定値が０．１ｍｍに対して、細孔はほぼ完全的に塞がれている。
FIG. 10 is an X-ray CT photograph in the embodiment shown in FIG. FIG. 10 (a) is a plan view of the metal powder filter, where the inner diameter setting values of the pores are 0.5 mm, 0.3 mm, 0.2 mm, and 0.1 mm in the order from the upper side to the lower side of the figure. Is shown.
FIG. 10 (b) is a cross-sectional view of a metal powder filter, showing a cross section in the longitudinal direction of pores in a direction in which the four types of pore groups shown in FIG. 10 (a) are longitudinally cut. The internal diameter setting value of the pores is 0.5 mm, and the corresponding internal diameter is 0.38 mm. The internal diameter setting value of the pores is 0.3 mm and the corresponding internal diameter is 0.20 mm. The internal diameter setting value of the pore is 0.24 mm, the corresponding internal diameter is 0.14 mm, and the pore is partially blocked, but a partial void is also present. Although the presence of pores can be recognized from observation, the air permeability is secured. The pore is almost completely blocked when the inner diameter setting value of the pore is 0.1 mm.
図１０（ｃ）は、金属粉末製フィルターの断面図で、図１０（ａ）に示す４種類の細孔群のうち、細孔の内径設定値が０．２ｍｍの細孔群を横断する方向の細孔長手方向の断面を示している。細孔の内径設定値が０．２ｍｍに対して、細孔は部分的に塞がれているが、一部空隙も存在しており、全体的な観察からは細孔の存在を認識できる。
図１０（ｄ）は、金属粉末製フィルターの構成斜視図で、併せて図１０（ｂ）、図１０（ｃ）の断面方向を示している。
FIG. 10 (c) is a cross-sectional view of the metal powder filter, and in the four types of pore groups shown in FIG. 10 (a), the direction in which the inner diameter setting value of the pores crosses the pore group of 0.2 mm. Shows a cross section of the pore in the longitudinal direction. When the inner diameter setting value of the pore is 0.2 mm, the pore is partially blocked, but a void is partially present, and from the whole observation, the presence of the pore can be recognized.
FIG. 10 (d) is a configuration perspective view of the metal powder filter, and also shows the cross-sectional direction of FIG. 10 (b) and FIG. 10 (c).
図１１は、図９に示す実施例での細孔の表面入り口の走査型電子顕微鏡写真で、（ａ）は細孔の内径設定値が０．１ｍｍ、（ｂ）は０．２ｍｍ、（ｃ）は０．３ｍｍの場合を示している。
図１２は、図９に示す実施例のＸ線ＣＴ写真の拡大図で、図１０（ｂ）を拡大したものに相当している。図中、１番右側は、細孔の内径設定値が０．５ｍｍに対して相当内径が０．３８ｍｍとなっている。図中、右より２番目は、細孔の内径設定値が０．３ｍｍに対して相当内径が０．２ｍｍとなっている。
FIG. 11 is a scanning electron micrograph of the surface entrance of the pore in the embodiment shown in FIG. 9, where (a) is the pore inner diameter setting value of 0.1 mm, (b) 0.2 mm, (c ) Shows the case of 0.3 mm.
FIG. 12 is an enlarged view of an X-ray CT photograph of the embodiment shown in FIG. 9, which corresponds to an enlarged view of FIG. 10 (b). In the figure, on the 1st right side, the internal diameter set value of the pores is 0.5 mm and the corresponding internal diameter is 0.38 mm. In the drawing, on the second side from the right, the internal diameter setting value of the pore is 0.2 mm with respect to 0.3 mm.
図９乃至図１２に示すように、細孔の内径が０．１ｍｍの場合は、細孔の内部に金属粉末粒子が充填されており、Ｘ線ＣＴ写真では貫通を確認できなかった。細孔の内径が０．２ｍｍの場合は、細孔の内壁に金属粉末粒子が付着しているように見えるが、細孔は貫通している。細孔の内径が０．３ｍｍ、０．５ｍｍの場合は、細孔の内部の内径は、ＣＡＤで設定した設定値より小さいものの、近い値になっており、完全に貫通している。 As shown in FIG. 9 to FIG. 12, when the inner diameter of the pore is 0.1 mm, metal powder particles were filled inside the pore, and penetration was not confirmed in the X-ray CT photograph. When the inner diameter of the pore is 0.2 mm, metal powder particles appear to be attached to the inner wall of the pore, but the pore penetrates. When the inside diameter of the pore is 0.3 mm or 0.5 mm, the inside diameter of the inside of the pore is smaller than the set value set by CAD, but is close and completely penetrates.
［熱音響機関用フィルター］
図８は、本発明の金属粉末製フィルターが装着される熱音響機関の要部構成図である。本発明の金属粉末製フィルターは熱音響機関用のフィルターに用いられる。熱音響機関は温度差のエネルギーを空気の振動（音響）に替え、パイプを通して伝搬し高温部と低音部から離れた部分で空気の振動を再び温度差に替える、あるいは振動を利用して他のエネルギー（電気等）に変換する機関である。
本発明の金属粉末製フィルターは、熱音響機関の温度差を空気の振動（音響）に替える蓄熱部を供給するものである。本蓄熱部は金属製であって、全細孔による空孔率（即ち、開口部の割合）ができるだけ大きく、かつ内径が小さく開口部と長さの比の大きい細長い細孔を有している。細孔の形状は円形あるいは多角形を呈し、細孔の間口の大きさは差し渡し２．５ｍｍ以下であって、細孔の間口と長さの比は１０以上のアスペクト比を有する。蓄熱部両端の温度差を保つため、細孔の間口と長さの比は大きい方が良い。本発明で作製する金属製フィルターはこの熱音響機関のフィルターに最適な要件を満たしている。
[Thermal acoustic engine filter]
FIG. 8 is a schematic view of a thermoacoustic engine to which the metal powder filter of the present invention is mounted. The metal powder filter of the present invention is used as a filter for a thermoacoustic engine. The thermoacoustic engine converts the energy of the temperature difference into air vibration (acoustic), converts the air vibration into a temperature difference again at the part away from the high temperature part and the low part, propagating through the pipe, or using the vibration to another It is an organization that converts energy (such as electricity).
The metal powder filter of the present invention is to supply a heat storage section that changes the temperature difference of the thermoacoustic engine to the vibration (sound) of air. The heat storage section is made of metal, and has an elongated pore with a large internal diameter (that is, the ratio of the opening) as large as possible, a small inner diameter, and a large ratio of opening to length. . The shape of the pore is circular or polygonal, and the size of the pore opening is 2.5 mm or less across, and the ratio of the pore to length of the pore is 10 or more. In order to maintain the temperature difference between both ends of the heat storage section, it is better for the ratio of the opening of the pore to the length to be large. The metal filter produced by the present invention satisfies the optimum requirements for the filter of this thermoacoustic engine.
本発明の金属粉末製フィルターの実施例においては、レーザ光線で形成される細孔群として、直線状の孔のものを示したが、本発明は直線状の孔に限定されるものではなく、螺旋状や曲線状の孔でもよい。 In the embodiment of the metal powder filter of the present invention, as the pore group formed by the laser beam, straight pores are shown, but the present invention is not limited to straight pores, It may be a spiral or curved hole.
本発明の金属粉末製フィルターは、直径１ｍｍ以下の穴を多数、金属材料に設けたものであり、粒子分球や純粋にフィルターとして用いることができる。
また、本発明の金属粉末製フィルターは、細孔の内壁に金属粉末に起因する凹凸を有するフィルターであり、細孔の内径とほぼ同じ程度に近い外径の塵埃粒子が詰まった場合でも、内壁の凹凸で大きな外径の塵埃粒子が途中で捕捉されて、細孔が完全に詰まることは防止され、通気性が確保できる。
The metal powder filter of the present invention is provided with a large number of holes having a diameter of 1 mm or less in a metal material, and can be used as a particle ball or pure filter.
Further, the metal powder filter of the present invention is a filter having an unevenness due to the metal powder on the inner wall of the pore, and even if dust particles having an outer diameter close to the same degree as the inner diameter of the pore are clogged It is possible to prevent dust particles having a large outer diameter from being trapped midway through the unevenness, and to prevent the pores from being completely clogged, and to ensure air permeability.
Claims (8)
前記金属粉末製フィルターの任意の横断面表面には、断面矩形状の格子状に配置された細孔であって、前記細孔の開口部の一辺の長さは６００μｍ〜２８００μｍであり、前記細孔と隣接する細孔との隔壁が１５０μｍ〜２５０μｍの厚みをなす細孔群が設けられ、
前記細孔がそのフィルターの縦断面を貫通していると共に、前記細孔の内壁に前記金属粉末の微粒子が前記細孔を塞がない状態で固着しており、
前記フィルターの空孔率が５０〜８７％を有する、
金属粉末製フィルター。 A laser-sintered metal powder filter, wherein the particle size of the metal powder is in the range of 1 μm to 45 μm after sieving,
In the cross-sectional surface of an arbitrary cross section of the metal powder filter, the pores are arranged in a lattice of rectangular cross section, and the length of one side of the opening of the pores is 600 μm to 2800 μm, A pore group having a thickness of 150 μm to 250 μm is provided in the partition wall between the pore and the adjacent pore,
The pores penetrate the longitudinal cross section of the filter, and the fine particles of the metal powder adhere to the inner walls of the pores without blocking the pores.
The porosity of the filter is 50-87%,
Metal powder filter.
前記フィルターの空孔率が５０〜７５％を有する、
請求項1に記載の金属粉末製フィルター。 The length of one side of the opening of the pore is 600 μm to 1300 μm,
The porosity of the filter is 50-75%,
The metal powder filter according to claim 1.
前記金属粉末製フィルターの任意の横断面表面には、断面円形、楕円形又は六角形の細孔であって、前記細孔はハニカム状に配置されており、前記細孔の開口部の直径、長径又は対角線の長さは６００μｍ〜２８００μｍであり、前記細孔と隣接する細孔との隔壁が１５０μｍ〜２５０μｍの厚みをなす細孔群が設けられ、
前記細孔がそのフィルターの縦断面を貫通していると共に、前記細孔の内壁に前記金属粉末の微粒子が前記細孔を塞がない状態で固着しており、
前記フィルターの空孔率が５０〜８７％を有する、
金属粉末製フィルター。 A laser-sintered metal powder filter, wherein the particle size of the metal powder is in the range of 1 μm to 45 μm after sieving,
In the cross-sectional surface of any of the metal powder filters, pores having a circular, elliptical or hexagonal cross section, the pores being arranged in a honeycomb shape, the diameter of the opening of the pores, The major axis or the length of a diagonal is 600 μm to 2800 μm, and a pore group having a thickness of 150 μm to 250 μm is provided in the partition wall between the pore and the adjacent pore,
The pores penetrate the longitudinal cross section of the filter, and the fine particles of the metal powder adhere to the inner walls of the pores without blocking the pores.
The porosity of the filter is 50-87%,
Metal powder filter.
前記フィルターの空孔率が５０〜７５％を有する、
請求項３に記載の金属粉末製フィルター。 The diameter, length or diagonal length of the opening of the pore is 600 μm to 1300 μm,
The porosity of the filter is 50-75%,
The metal powder filter according to claim 3.
（ｂ）製造する金属粉末製フィルターの厚み方向のＣＡＤデータを読み込む工程であって、前記ＣＡＤデータはフィルターの空孔率として５０〜８７％を確保するように、金属粉末製フィルターの任意の横断面表面に配置された細孔群を有し、
（ｃ）前記金属粉末製粉末を、製造対象の金属粉末製フィルターの表面に前記金属粉末製粉末の一層分又は複数の層分に相当する噴霧する工程と、
（ｄ）前記噴霧された金属粉末製粉末層に対して、前記ＣＡＤデータに基づいて、前記金属粉末を焼結させるレーザ光線を照射する工程と、
（ｅ）前記金属粉末製フィルターの細孔となる開口面を塞がないように、前記レーザ光線の強度を調整する工程と、
を備える金属粉末製フィルターの製造方法。 (A) preparing a metal powder having a particle size of 1 μm to 45 μm which has been sieved;
(B) A step of reading CAD data in the thickness direction of the metal powder filter to be manufactured, wherein said CAD data is arbitrary crossing of the metal powder filter so as to ensure 50 to 87% of the porosity of the filter. Have pores arranged on the surface,
(C) spraying the metal powder powder onto the surface of the metal powder filter to be produced, which corresponds to one or more layers of the metal powder powder;
(D) irradiating the sprayed metal powder layer with a laser beam to sinter the metal powder based on the CAD data;
(E) adjusting the intensity of the laser beam so as not to block the opening surface of the metal powder filter.
A method of manufacturing a metal powder filter comprising:
（ｂ）製造する金属粉末製フィルターの厚み方向のＣＡＤデータを読み込む工程であって、前記ＣＡＤデータはフィルターの空孔率として５０〜８７％を確保するように、金属粉末製フィルターの任意の横断面表面に配置された細孔群を有し、
（ｃ）製造対象の金属粉末製フィルターであって、予め製造された単層若しくは複数層の前記金属粉末製フィルター（第１フィルター）を用意する工程と、
（ｄ）前記金属粉末製粉末を、前記製造対象の金属粉末製フィルターの表面に前記金属粉末製粉末の一層分又は複数の層分に相当する噴霧または積層する工程と、
（ｅ）前記噴霧された金属粉末製粉末層に対して、前記製造対象の金属粉末製フィルターの厚み方向のＣＡＤデータに基づいて、前記金属粉末を焼結させるレーザ光線を照射する工程と、
（ｆ）前記金属粉末製フィルターの細孔となる開口面を塞がないように、前記レーザ光線の強度を調整する工程と、
を備える金属粉末製フィルターの製造方法。
(A) preparing a metal powder having a particle size of 1 μm to 45 μm which has been sieved;
(B) A step of reading CAD data in the thickness direction of the metal powder filter to be manufactured, wherein said CAD data is arbitrary crossing of the metal powder filter so as to ensure 50 to 87% of the porosity of the filter. Have pores arranged on the surface,
(C) preparing a metal powder filter to be manufactured, wherein a single layer or plural layers of the metal powder filter (first filter) manufactured in advance are prepared;
(D) spraying or laminating the metal powder powder on the surface of the metal powder filter to be manufactured, which corresponds to one or more layers of the metal powder powder;
(E) irradiating the sprayed metal powder layer with a laser beam for sintering the metal powder based on CAD data in the thickness direction of the metal powder filter to be manufactured;
(F) adjusting the intensity of the laser beam so as not to block the opening surface of the metal powder filter.
A method of manufacturing a metal powder filter comprising:
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110961636A (en) * | 2019-12-23 | 2020-04-07 | 江苏恒科新材料有限公司 | Sintered metal filter element for spinning assembly and preparation method thereof |
| CN111922343A (en) * | 2020-10-19 | 2020-11-13 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | Method for preparing CuW60-CuW90 material by adopting spherical tungsten powder |
| CN113351884A (en) * | 2021-08-11 | 2021-09-07 | 天津大学 | Method for connecting CuCrZr/W dissimilar mutual non-solid-solution alloys based on laser additive manufacturing technology |
| WO2021184051A1 (en) * | 2020-03-16 | 2021-09-23 | Andritz Ag | Method for producing a screen body, and screen |
-
2017
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