雰囲気ガス（シールドガス）とは？金属加工の品質担保に必須なワケ

金属部品の生産で品質を一定に保つことはお客様からの信頼獲得につながる重要な要素ですが、品質担保のために雰囲気ガス（シールドガス）の利用は欠かせません。本コラムでは、雰囲気ガス(シールドガス)の特徴、品質との関係性、金属3Dプリンタにおける雰囲気ガス（シールドガス）の重要性についても解説します。

雰囲気ガス（シールドガス）とは？金属加工に必要不可欠なガス

なぜ金属加工にガスが必要なのか？

雰囲気ガス(シールドガス)とは、溶接や３Ｄプリンターによる造形を行う際に加工部分の周辺に流して金属と空気の接触を断つ気体です。金属材料と空気中に含まれる窒素や酸素、水分(湿気)の化学反応を防ぐ効果があります。特に、加熱をともなう溶接では必要不可欠です。

たとえば、溶接中に大量の窒素が金属中に溶け込むと、溶融金属が凝固する際に、窒素が一気に析出し泡となって金属中で固まってしまいます。この状態をブローホールと呼び、溶接部分の機械的強度が著しく低下します。また、ブローホールの気孔が金属表面に現れた状態をピットと呼び、ブローホール同様、強度低下を招きます。

こういった溶接不良を防ぐためには、金属と空気の接触を防ぐ雰囲気ガス(シールドガス)を常時吹き付け、周囲に窒素や酸素、水分が存在しない環境を作ることが必要です。

酸素や水分から対象物(金属材料)を守ることから「シールドガス」また、対象物の周囲を包むことから「雰囲気ガス」と呼ばれています。

雰囲気ガス（シールドガス）の主な種類

現在、金属加工に使用されている雰囲気ガス(シールドガス)は、「不活性ガスや活性ガスを単独で使用したガス」と、「不活性ガスに活性ガスを混合して使用した混合ガス」の2つです。

使用される不活性ガスは、高温でも金属と反応しない安定したガスである「アルゴン」「ヘリウム」、活性ガスには「二酸化炭素」「酸素」「水素混合ガス」があります。

雰囲気ガス（シールドガス）と加工・造形物の品質の関係性

先述したように、雰囲気ガス(シールドガス)は金属が空気中の窒素や酸素、水分(湿気)との化学反応を防ぎ、品質を維持するために必要です。
しかし、この雰囲気ガス(シールドガス)は、ただ吹きかければいいわけではありません。

本章では、品質に大きく影響する雰囲気ガス(シールドガス)の純度についてご紹介していきます。

品質に大きく影響するガスの「純度」

高品質な金属加工や造形を行うには、純度の高い最適な雰囲気ガス(シールドガス)でその周囲の空間を覆う必要があります。
もし、雰囲気ガス（シールドガス）に酸素や水分などの不純物が含まれていた場合、金属材料が化学反応を引き起こしてしまい、品質が低下してしまいます。

雰囲気ガス（シールドガス）中の不純物を管理するには？

雰囲気ガス（シールドガス）の純度を高い状態で保つには、雰囲気ガス内に不純物が入らないように常にコントロールしなければいけません。

そのポイントとして以下3つの適切な仕組み作りが重要です。

• ●雰囲気ガス(シールドガス)を高純度のまま保管する
• ●実際に使われる箇所まで安全性と品質を保って供給する
• ●加工・造形中に吹きかける雰囲気ガス(シールドガス)の不純物を低減させる

次章では、金属加工の中でも金属3Dプリンタでの加工時に用いられる雰囲気ガス（シールドガス）について解説します。

金属３Dプリンタにおける雰囲気ガス（シールドガス）の重要性

雰囲気ガス(シールドガス)は従来の金属加工や造形だけでなく、金属3Dプリンターにおける造形品質の向上にも重要です。
現在、主な金属３Dプリンターの雰囲気ガス（シールドガス）には窒素ガスとアルゴンガスがあり、金属の材質や造形方法によって使い分けられます。たとえば、チタンのような化学反応が起こりやすい金属では、アルゴンガスが使用されます。

複雑な造形が多い金属3Dプリンターでは、雰囲気ガス(シールドガス)による酸素や水分が存在しない環境を作ることが特に重要です。実際に使われている箇所まで安全性と品質を保って供給できる高度な技術とノウハウが欠かせません。

次章では、品質を担保するために重要な雰囲気ガス(シールドガス)中の不純物を管理できる装置や機械を提供しているソリューションをご紹介します。

造形物の品質を担保する大陽日酸のガスソリューション3DPro®

大陽日酸のガスソリューション3DProⓇでは、半導体業界で培ったガス供給の技術とノウハウを数多く保有しており、「雰囲気ガス(シールドガス)」を最適な状態で届ける綿密なソリューションを提供しています。

ガス精製システム

ガス精製システムは、装置の直前に設置されて酸素や水分などの不純物を除去し、超高純度で雰囲気ガスを供給することが可能です。装置内のパージ時間を短縮し、不純物の混入を防止することにより造形品質の安定に寄与します。

高純度窒素発生装置

高純度窒素発生装置は、99.999%の高純度窒素を効率用安定的に発生させるPSA方式です。ガス精製システム同様、パージ時間の削減による生産性の向上や造形雰囲気の酸素水分などの低減によって、品質の安定に寄与します。

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高純度窒素発生装置　High Purity Nitrogen Generator

金属パウダー乾燥保管キャビネット

金属パウダー乾燥保管キャビネットは、金属3Dプリンタの材料である金属パウダーを管理する専用のキャビネットです。高純度窒素ガスでキャビネット内をパージすることで酸素濃度や水分濃度を徹底管理し、金属パウダーの酸化や水分吸着を防ぐことが可能です。

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金属粉末乾燥保管キャビネット　Powder Dry Cabinet

循環精製システム

循環精製システムは、金属3Dプリンタ内の雰囲気ガス（シールドガス）の純度を常に一定に保つシステムです。プリンタ内のガスの不純物数をppmレベルまで低減できます。

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循環精製システム　PrintPure™

また、大陽日酸ではご紹介した製品提供だけでなく、高度な技術を持った技術者による導入以降の定期的なメンテナンスなどの幅広いサービスを提供しています。

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