レーザー積層造形法における異方性の制御方法の構築

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SLM法を用いてクラスプ形状の試料の製作を行い，サポートの有無による疲労強度への影響を評価した．サポート構造はブロック形状を用い，サポートの有無による形状の差がでないよう慎重にサポート構造の除去作業を行った．試験片はサポートを付与したものと付与していないものの2条件とした．各条件から試料をランダムに選択し，クラスプアーム部を切断研磨後，結晶方位解析装置付走査型電子顕微鏡(SEM-EBSD)を用い微小領域の結晶粒径や結晶粒内の歪分析(Kernel Average Misorientation; KAM)を行った．残りの試料は，表面粗さを測定した後に疲労試験に供した．結果，サポート構造の有無による形状や表面性状への影響は認められず，サポートを付与した試料ではサポートを付与していない試料と比較して2倍程度の疲労強度の向上が認められた．三次元有限要素法による解析から，サポート構造があることで積層造形時に発生した熱をより迅速に伝えることが可能となり，サポート構造のない試料よりも冷却速度が速くなることが分かった．また，試料切断面のSEM-EBSD法による解析からは，サポートのある試料ではサポートのない試料より結晶粒径が小さくなることが分かった．この結果から，サポートのある試料では冷却速度の増加が結晶粒の微細化に寄与し，より高い疲労強度を示したと考えられる．さらに，結晶粒内の歪分析ではサポートのある試料でより低いKAM値を示したことから，サポートがあることで熱応力に対して耐え得る機械的強度が得られ，造形中の材料の変形を防ぐことができたと予想される．