Low-density foam metal fabrication based on net-zero gravity process

基于净零重力工艺的低密度泡沫金属制造

• 批准号: 22H01380
• 负责人: 小池 綾
• 金额: $ 11.65万
• 依托单位: Keio University
• 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-22H01380/
• 关键词: 粉末床溶融結合法; ポーラス金属; 遠心機; 3Dプリンタ; 低重力場

本研究は，多孔質構造をもつポーラス金属材料をより低密度に製造する技術として，水平軸型回転機構と粉末床溶融結合ユニットの融合によって正味無重力場における材料生成法を確立することを目的としている．具体的には，先行研究において3Dプリンタの一方式である指向性エネルギー堆積法において，材料粉末に水素化チタンを混合することで，金属材料においてポーラス構造の生成に成功した一方で，重力によりポーラス構造が崩れてしまう傾向を確認したため，低重力場でポーラス金属を生成すれば，より低密度で均一なポーラス構造を得られると着想した．もう一つの先行研究では，遠心機を用いて人工的な高重力場における金属3D造形を行うことが高密度化につながることを示したことから，回転機構・レーザ走査機構の開発ノウハウを生かし，水平軸型回転機構の速度変調により，金属の溶融・凝固時間のみ造形空間を低重力化するアイディアに至り，実験的に提案機構を評価することを本研究の目標とした．３ヶ年計画の１年目にあたる2022年度では，粉末床溶融結合ユニットの開発をあとにまわし，水平軸型回転機構の構築を行った．とくに具体的な寸法設計に先んじて，物理シミュレーションに基づいて回転軸，水平軸に与える動作指令値を算出するアルゴリズムを構築した．回転半径を60 cmとした機構においては，1回転あたりに0.6秒以上，正味無重力場を実現できると予想され，0,2秒で材料の溶融凝固を行えることを確認している先行研究に基づけば，正味無重力場におけるポーラス金属生成が行える可能性が十分にあることを示した．現在，水平軸ステージの制御機構は完成しており，そこに搭載する回転軸機構の完成を急いでいる．

这项研究旨在通过融合水平轴旋转机构和粉末床融合单元来建立一种在净重力场创建材料的方法，作为一种技术，用于生产具有较低密度的多孔结构的多孔金属材料。具体而言，在先前的研究中，在定向能量沉积方法中，一种方法是3D打印机，我们通过将钛与材料粉末混合混合在金属材料中成功地创建了多孔结构，但是我们确认，多孔结构往往会导致引力崩溃，因此，如果多孔金属在低重力场中产生，那么多孔的金属就会产生，并且可以降低重力，并且可以构成较低的多孔结构，并且是纯净的多孔。先前的另一项研究表明，在人为的高重力场中执行3D金属成型会导致密度增加，并通过利用旋转机制和激光扫描机制发展的知识，我们得出了一个想法，仅在降低了在层次上的融化过程中降低重力和固体的速度旋转型号的想法，并将其降低。实验机制。在2022财年，即三年计划的第一年，后来遵循粉末床融化单元的开发，并建立了水平轴型旋转机制。特别是，在特定维度设计之前，构建了一种算法来根据物理模拟计算旋转轴和水平轴的运动命令值。可以预期，在半径为60厘米的机制中，每革命的净失重场可以超过0.6秒，并且基于先前的研究证实，该材料可以在0和2秒内熔化并固化，已经证明，在净无体重领域中可以携带多孔金属形成。当前，水平轴阶段的控制机制已经完成，我们急于完成要安装在那里的旋转轴机构。