新手法で3Dプリンター用の素材開発を大きく加速~Al-Fe合金系で軽量・高強度・耐熱を実現、輸送機器に実装へ~

2025-12-16 名古屋大学

名古屋大学の研究グループは、レーザ粉末床溶融結合法(L-PBF)による金属3Dプリンタ造形で生じる非平衡なミクロ・ナノ組織に着目し、新たな元素選択の考え方を提案した。この指針に基づき、アルミニウムと鉄を基本組成とするAl-Fe合金系を開発し、3Dプリンタでの造形性を確保しつつ、高強度・高耐熱性を両立できることを示した。さらに第3・第4元素の添加により特性制御が可能であることも明らかにした。本手法はアルミニウム系に限らず他金属にも適用可能であり、金属3Dプリンタ用材料の開発を大幅に加速することが期待される。自動車エンジン部品など軽量・耐熱部材への社会実装も見込まれる成果である。

新手法で3Dプリンター用の素材開発を大きく加速~Al-Fe合金系で軽量・高強度・耐熱を実現、輸送機器に実装へ~

<関連情報>

レーザー積層造形用高性能・持続可能なアルミニウム合金シリーズの設計 Design of high-performance sustainable aluminum alloy series for laser additive manufacturing

Naoki Takata,Koki Minamihama,Takanobu Miyawaki,Yue Cheng,Yifan Xu,Wenyuan Wang,Dasom Kim,Asuka Suzuki,Makoto Kobashi & Masaki Kato
Nature Communications  Published:15 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-67281-8

Abstract

Lightweight Al alloys with enhanced mechanical properties are essential for structural applications across various industries. To promote sustainable material flow, this study introduces an Al-Fe-based multi-elemental alloy series optimized for laser-based additive manufacturing (AM) using powder bed fusion (PBF-LB), leveraging recycling-friendly Al alloys with Fe as a major impurity. The alloy design is based on the concept of elemental partitioning into either the liquid phase (forming metastable Al6Fe phase for strengthening) or the solid phase (α-Al matrix) during solidification. Investigations of PBF-LB processed Al-Fe-X ternary alloys (X: Cu, Mn, and Ti) reveal the distinct roles of these alloying elements: Cu and Mn stabilize the Al6Fe phase, while Ti enhances solid-solution strengthening, in the microstructure and associated mechanical properties. Additionally, Ti promotes grain refinement by inducing the heterogeneous nucleation of nanosized Al3Ti-phase particles, leading to improved material ductility. The combined addition of alloy elements further stabilizes and strengthens the Al6Fe phase (Cu and Mn). Moreover, Mn and Ti partition independently, enabling precise control of the α-Al/Al6Fe two-phase microstructure, enhancing high-temperature mechanical performance. This study provides new insights for controlling refined metastable phases formed via PBF-LB, facilitating the development of high-performance, sustainable Al alloys for AM technologies.

0703金属材料
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