金属3Dプリンターは、レーザーにより金属粉末の溶融／凝固を繰り返すことで積み重ねて、複雑な形を作る技術だ。今回の研究では、5種類の金属粉末を同時に溶かし、金属3Dプリンター特有の極めて高い冷却速度（最大 10⁷ ℃／秒）を活用して超急冷凝固することで、均一なハイエントロピー合金（HEA）を作成することに成功した。凝固時の熱流方向を制御することで、低ヤング率（柔らかい）方位である <100> を優先配向化することにも成功。高強度かつ低ヤング率の特性を持つハイエントロピー合金が実現可能となった。

合金は複数の金属を混ぜて新たな性質をもたせる技術だが、従来の手法（鋳造）では、5種類以上の元素を均一な成分／原子比で混合することが難しく、性能にばらつきが出ていた。今回の研究では、金属3Dプリンターの超高速冷却を活用し、この問題を解決している。

研究で採用されたレーザー粉末床溶融結合法の金属3Dプリンターは、粉末層にレーザーを照射し、溶融／凝固を繰り返すことで二次元造形を行い、この層を積み重ねて三次元形状を形成する方式だ。一般的には1層あたり1度のレーザー走査を実行するが、本研究では温度場シミュレーションを用いたプロセス条件の最適化により、同一箇所に対するレーザー照射を2度にする手法を考案。この手法により、より均一な合金を作ることに成功し、従来の方法では困難だった高強度ながら柔軟性を備えた合金の作製に成功した。

今回のハイエントロピー合金実験により、金属3Dプリンターは「形を作る」だけでなく、「新しい合金を作る」道具としても活用できることが示された。特に、温度差が大きい金属同士でも均一に混ぜられるため、より多様な合金の開発に繋がる可能性があるとしている。

研究成果は、材料学のトップジャーナル「Materials & Design」に 2025年3月11日に発表された。