非接触レーザ励起振動付与による金属積層造形インプロセス残留応力低減法の開発

使用非接触激光激发振动应用开发金属增材制造过程中残余应力降低方法

• 批准号: 22H01358
• 负责人: 宮下 幸雄
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 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-22H01358/
• 关键词: 金属積層造形; インプロセス; 残留応力; レーザーアブレーション; 疲労強度

金属材料の三次元積層造形で問題となっている残留応力の完全インプロセスでの低減法を開発する。残留応力の発生・ 低減メカニズムを解明し、残留応力低減による効果を疲労強度特性の向上として示す。そのため、「1. ツインレーザビーム積層造形装置の設計・試作と金属積層造形実験」、「2. 振動付与による残留応力低減法の検討」、「 3. 振動付与した造形物の疲労強度特性評価」を行う。今年度に得られた主な結果を以下にまとめる。1. ツインレーザビーム積層造形装置の設計・試作と金属積層造形実験；ワイヤー供給レーザーDED式金属積層造形機にナノ秒パルスレーザを取り付けるための装置の設計・試作を行った。レーザーアブレーションを発生させるためのナノ秒パルスレーザ発信器を選定し、金属積層造形機のレーザ加工ヘッドに取り付けるための光学系や装置を設計・製作した。ナノ秒パルスレーザ照射による振動の発生を確認できたため、次年度はナノ秒パルスレーザ照射による残留応力低減効果を実験により検証する。2. 振動付与による残留応力低減法の検討；ビデオカメラにより金属積層造形中の造形物を撮影し、その画像にDICを適用することで、プロセス中のひずみ分布の変化を捉えることに成功した。カメラの位置や倍率、照明、シールド等を調整し、ひずみ測定のために適切な撮影条件・方法を明らかにした。ベースプレートの影響や積層造形物自体の体積・剛性変化などにより、ひずみ分布が変化することがわかった。次年度は異なるプロセス条件での積層造形実験とともにX線残留応力測定や有限要素解析等もあわせて行い、残留応力発生メカニズムを明らかにする。３. 振動付与した造形物の疲労強度特性評価；疲労試験片を設計し、金属積層造形機により試作した。試験片を作製するためのプロセス条件の検討結果に基づき作製した試験片を用いて、次年度は疲労試験を行う。

Metal material <s:1> three-dimensional layering modeling で problem となって る る る residual 応 force <e:1> complete <s:1> プロセスで プロセスで プロセスで <e:1> low subtraction を development する. The residual 応 force <s:1> occurrence and reduction メカニズムを explanation of <s:1> and the effect of the residual 応 force reduction による を fatigue intensity characteristic <e:1> is upward と て て す す shows す. そ の た め, "1. ツ イ ン レ ー ザ ビ ー ム の laminated plastic device design, attempt と metal deposition layer plastic be 験", "2. Vibration give に よ る low residual 応 force subtraction の 検 please", "3. Vibration give し た plastic material の exhausted 労 strength characteristics review 価" を う. This year, に obtained られた main な results を as follows にまとめる. 1. Design and trial production of と metal layer formation experiment of the layer formation device based on ザビ レ ザビ ザビ ム ワ イ ヤ ー supply レ ー ザ ー DED type metal laminated plastic machine に ナ ノ seconds パ ル ス レ ー ザ を take り pay け る た め の の device design, test set を っ た. レ ー ザ ー ア ブ レ ー シ ョ ン を 発 raw さ せ る た め の ナ ノ seconds パ ル ス レ ー ザ 発 letter を し selected, metal deposition layer plastic machine の レ ー ザ processing ヘ ッ ド に take り pay け る た め の を や device design, production of light し た. ナ ノ seconds パ ル ス レ ー ザ irradiation に よ る vibration の 発 raw を confirm で き た た め, annual は ナ ノ seconds パ ル ス レ ー ザ irradiation に よ る 応 residual force low cut sharper fruit を be 験 に よ り 検 card す る. 2. Vibration exerts による residual 応 force low subtraction <s:1> 検 solution; ビ デ オ カ メ ラ に よ り metal deposition layer of plastic の plastic を pinch of shadow し, そ の portrait に DIC を applicable す る こ と で, プ ロ セ ス in の ひ ず み distribution の variations change を catch え る こ と に successful し た. カ メ ラ の position や ratio, lighting, シ ー ル ド を し adjustment, ひ ず み determination の た め に appropriate な shadow conditions, methods of を Ming ら か に し た. ベ ー ス プ レ ー ト の influence や laminated rigid - plastic objects, autologous の volume change な ど に よ り, ひ ず み distribution が variations change す る こ と が わ か っ た. Annual は different な る プ ロ セ ス conditions で の laminated plastic be 験 と と も に X-ray residual 応 measurement や finite element analytic etc も あ わ せ て い, remnant 応 force born 発 メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に す る. 3. Evaluation of the <s:1> fatigue strength characteristics of the shape applied by vibration 価; Fatigue test sheet を design, metal lamination forming machine によ trial production た. The test piece を cropping す る た め の プ ロ セ ス conditions の 検 for results に づ き cropping し た test piece を with い て, annual は exhausted 労 test う を line.