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合金固液相変化を解析する指向性エネルギー堆積法シミュレータの開発

开发用于分析合金固液相变的定向能量沉积模拟器

基本信息

批准号：
16H07174
负责人：
小池綾
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-08-26 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

金属材料の3次元造形に適した指向性エネルギー堆積法(DED: Direct Energy Deposition)の時間領域シミュレータを開発するにあたり，本研究では熱伝導，レーザー，キャリアガス，固液相変化といったDEDプロセスに含まれる物理現象を解析するアルゴリズムを個々に作成し，これらのモジュールを統合する．開発したDED時間領域シミュレータを用いて，造形物内部の空孔や残留応力の発生メカニズムを明らかにし，造形物の形状精度向上も評価に含め造形条件の最適化を行う．本年度の成果としては，熱伝導モジュールとレーザーモジュールの開発に注力し，両者を統合した加工点温度予測アルゴリズムを構築した．DEDにおける造形精度低下の主要因として，加工点の溶融金属の表面張力が過加熱によって低下すること挙げられる．開発した加工点温度予測アルゴリズムは造形条件から造形物内部の温度分布を時間領域で解析できる．本研究ではこれを逆算的に利用することで，加工点の温度を一定に保つレーザー出力計算法を提案した．算出したレーザー出力をDED造形に利用した結果，高層造形時の過加熱の抑制に成功し，造形物の形状誤差が大幅に低減することが実験的に明らかとなった．また，造形条件ごとの空孔発生率の評価実験は完了しており，高レーザー出力，少材料粉末供給といった加工点温度を安定して高められる造形条件が空孔の発生を抑制できることを示している．これらの研究成果をもとに，3回の国際会議発表と4回の国内会議発表を行い，国際誌への論文投稿を行っている．現在，粒子法に基づく流体解析法の開発に着手し，温度に応じた粘性，表面張力特性を粒子に与えることで溶融金属の流動解析法の確立を目指している．今後の予定としては，溶融金属の流動解析を開発した加工点温度予測アルゴリズムに統合し，造形物内部の空孔発生メカニズムを理論的に明らかにする．

In this paper, the thermal conductivity of metallic materials is studied, and the solid-liquid phase transition of metallic materials is studied. The physical phenomena involved in the solid-liquid phase transition are analyzed. In the open DED time domain, the void and residual force in the shape object are generated. In the open DED time domain, the shape accuracy of the shape object is evaluated upward, including the optimization of shape conditions. This year's results show that the main reason for the low accuracy of the shape is that the surface tension of the molten metal at the processing point is too low due to overheating. Temperature prediction of the processing point at the beginning of the process is based on the analysis of the temperature distribution in the interior of the workpiece in the time domain. In this paper, a method for calculating the output of a machining point under a constant temperature is proposed. The result of calculation of DED shape is that the shape error of the shape is greatly reduced. The evaluation of void generation rate under the molding conditions is completed, the output is high, the material powder supply is low, the processing point temperature is stable, and the molding conditions are suppressed. The research results of this paper are published in three chapters of international conference presentation, four chapters of domestic conference presentation, and three chapters of international journal paper submission. Now, the particle method is based on the development of fluid analysis method, temperature, viscosity, surface tension characteristics, particle and melt flow analysis method. Future predictions include the development of flow analysis of molten metal, the integration of processing point temperature prediction, and the theoretical understanding of the formation of voids inside the shape.

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

指向性エネルギー堆積法による異種金属接合における界面の評価

使用定向能量沉积法评估异种金属键合界面

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ayako Nishino;Didier Alexandre;Haruo Nishino;Ryoichi Kano;山崎慶一，小池綾，柿沼康弘，青山藤詞郎，小田陽平
通讯作者：
山崎慶一，小池綾，柿沼康弘，青山藤詞郎，小田陽平

三次元熱伝導シミュレーションに基づく指向性エネルギー堆積法のためのレーザー出力生成

基于三维传热模拟的定向能量沉积激光发电

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuichi Hiroi;Yuta Itoh;Takumi Hamasaki;Maki Sugimoto;新野槙太郎，小池綾，柿沼康弘，青山藤詞郎，小田陽平
通讯作者：
新野槙太郎，小池綾，柿沼康弘，青山藤詞郎，小田陽平

基于定向能量沉积的异种金属联合生产

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Keiichi Yamazaki;Ryo Koike;Yasuhiro Kakinuma;Tojiro Aoyama;Yohei Oda
通讯作者：
Yohei Oda

指向性エネルギー堆積法における内部空孔と造形物強度の相関性に関する研究

定向能量沉积法内部孔隙与物体强度相关性研究

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuta Itoh;Jason Orlosky;Kiyoshi Kiyokawa;Toshiyuki Amano;Maki Sugimoto;芦田崚，小池綾，柿沼康弘，青山藤詞郎，小田陽平
通讯作者：
芦田崚，小池綾，柿沼康弘，青山藤詞郎，小田陽平

Basic Study on Relation between Void Evolution and Tensile Strength in Direct Energy Deposition

直接能量沉积中空洞演化与拉伸强度关系的基础研究