粉末の溶融凝固現象の把握に基づく品質を保証する造形条件設定指針の構築

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粉末床溶融結合法を対象とし，高速度カメラを用いてレーザ照射時に溶融池周辺で生じる粉末の溶融・凝固の様子を観察し，材料特性・造形環境による粉末やスパッタ・ヒューム・プラズマの挙動変化を調べるとともに，PIV装置を用いて流れ解析を行った．また，飛散したスパッタが粉末の再利用性に及ぼす影響を調べるとともに，造形プレートに貼付したAE波測定に関する実験評価を行った．その結果，(1)チャンバ内部の酸素濃度は溶融池から生じるプラズマ発生量に対して主体的に寄与する因子であること，(2)プラズマ発生とスパッタ飛散様相には相関があり，プラズマ発生で蒸気反跳力が大きくなることでスパッタ発生直後の飛散スパッタ数が増加すること，(3)粉末材種や酸素濃度によってスパッタの飛散様相が異なり，酸素との反応性が大きい粉末では酸素濃度によってスパッタの飛散方向が変化すること，(4)粉末の平均粒径が大きくなると金属粉末の流動性は向上するが，堆積した粉末間の空隙が大きくなってかさ密度が減少し，粉末同士の接触点が減少することで熱伝導率が大きくなること，(5)平均粒径が小さい粉末は凝集性が高く，平均粒径が大きい粉末より粉末床の表面性状が平坦となり密な粉末床が形成されること，(6)平均粒径が小さいと造形物表面に付着するスパッタ数が増加し，造形物高さと付着スパッタ数はトレードオフの関係にあること，(7)再利用する粉末にはふるいがけで除去できなかったスパッタが混入し，流動性が良好になってかさ密度が大きくなること，それにともなって造形様相やスパッタ飛散形態が変化すること，(8)脆性粉末では造形後の造形物に種々の割れが発生し，AE波を分析することで割れの発生が検出できること，(9)粉末床へ入熱するエネルギ密度が増加すると造形物上に発生する割れの数が増加することを見いだした．