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

基本信息

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

项目摘要

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。

我们将开发一种减少残余应力的方法，这是金属材料的三维增材制造中的问题，以完全进程的方式。阐明了产生和减少残余应力的机制，减少残留应力的效果被证明是改善疲劳强度特征。因此，我们将执行“ 1。设计和原型双激光束添加剂制造设备和金属添加剂制造实验”，“ 2。研究一种通过应用振动来减少残余应力的方法，并评估振动爆发物体的疲劳强度特征。”今年获得的主要结果总结了下面。 1。设计和原型双激光束添加剂制造设备和金属添加剂制造实验；用于将纳秒脉冲激光器连接到电线激光器DED型金属添加剂制造设备上的设计和原型设备。我们选择了纳秒脉冲激光发射机来产生激光消融，并设计，制造的光学系统和设备，用于附着在金属添加剂制造机的激光处理头上。由于已经证实了由于纳秒脉冲激光照射引起的振动的产生，因此将通过实验测试明年通过实验测试纳秒脉冲激光照射引起的残留应力的影响。 2。研究通过应用振动来减少残余应力的方法；通过拍摄使用摄像机层压的金属对象，将DIC应用于图像，我们能够捕获过程中失真分布的变化。调整相机位置，放大倍率，照明，屏蔽等，以澄清适当的射击条件和应变测量方法。发现由于底板的影响以及添加剂制造本身的体积和刚性变化，应变分布发生变化。明年，我们还将在不同的过程条件下进行添加剂制造实验，以及X射线残留应力测量和有限元分析，以阐明残留应力产生的机制。 3。评估受振动影响物体的疲劳强度特征；使用金属添加剂制造机设计和原型设计疲劳测试标本。疲劳测试将在明年使用基于检查制备样品的过程条件的结果准备的测试标本进行。