Laser-sintering mechanism of metallic powder bed fusion using in-situ superhigh-speed observation

原位超高速观测金属粉末床熔融激光烧结机理

• 批准号: 22H01373
• 负责人: 長藤 圭介
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01373/
• 关键词: 金属積層造形; 高速度観察; レーザ焼結; プラズマ; 画像処理

本研究では，金属積層造形法のうち金属粉体層にレーザを選択的に照射し溶融・凝固させるPowder Bed Fusion（PBF）法について，超高速でその場観察することでレーザ焼結の現象を解明することである．レーザ照射部において，粉体層が表面から加熱され，溶融，蒸発による反跳圧によりキーホールが形成され，下の焼結済の層に溶融池が到達することで，造形したい平面方向の領域とその下の粉体層と共に溶融，凝固をする．この，加熱・溶融・蒸発・凝固といったミクロで高速な物理現象を解明することは，造形品質，造形速度，粉体利用率の向上につながるレーザパラメータの探索に重要である．特に，キーホール形成時のプルーム発生現象や反跳圧が発生する際の衝撃波の現象を捉えることが重要となる．先行研究に，キーホール形成をX線CTで観察する方法があるが，X線の透過を考慮し観察方向の厚さが実際よりも薄いことが問題であった．また，プルームの発生に関しては，遠くに飛散する観察が主であり，ミクロな観察が行われていない．また，衝撃波の観察を行う例も無い．そこで本研究では，プルームおよび衝撃波を，溶融池全体をとらえる高倍率で観察することを試みる．初年度である2022年度では，衝撃波の観察をトライしたが，真横から観察するための均一な粉体層を形成することが困難で，未だに観察ができていない．プルームに関しても，光学系のセットアップが困難で，観察途中である．次に溶融池まわりの表面の揺らぎの可視化に関しては，当初よりも高い時間分解能（～1 μs）で観察することに成功した．また，表面の揺らぎおよびスパッタが飛ぶ瞬間の画像解析に取り掛かりつつある．

In this paper, we investigate the effects of irradiation, melting and solidification on Powder Bed Fusion (PBF) process, ultra-high speed field observation and sintering phenomenon in metal multilayer forming process. In the irradiation section, the powder layer is heated and melted from the surface, and the rebound pressure during evaporation is formed. The melting pool in the lower sintering layer reaches the surface. Therefore, the area in the planar direction of the shape and the powder layer below are melted and solidified together. This is an important part of the exploration of heating, melting, evaporation, solidification, high speed, physical phenomenon, shape quality, shape speed, powder utilization rate and upward direction. In particular, it is important to detect the phenomenon of shock wave during the formation of shock wave and the phenomenon of shock wave during the formation of shock wave. In advance, the X-ray CT scanning method is studied, and the X-ray transmission direction is considered. For the first time in a long time, I have been looking for a doctor. The shock wave is detected by the detector. In this study, the shock wave was detected at a high magnification. In the first year of 2022, it is difficult to detect the shock wave and form a uniform powder layer. It is difficult to detect the optical system. The surface of the melt pool was visualized, and the initial time resolution energy (~1 μs) was detected successfully.また，表面の揺らぎおよびスパッタが飞ぶ瞬间の画像解析に取り挂かりつつある.