レーザ積層造形法による粉末とレーザの重畳効果を利用した高機能性発現材料の創製

利用激光增材制造利用粉末和激光的叠加效应创建高功能材料

• 批准号: 22H01812
• 负责人: 小笹 良輔
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Osaka 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-22H01812/
• 关键词: 金属3Dプリンタ; 粉末／レーザ相互作用; 粉末特性; 計算機シミュレーション; 凝固組織; 金属３Dプリンタ; レーザ積層造形法

本研究は、レーザ積層造形による特有の温度場創出に基づく金属凝固組織・機能性制御技術を駆使しつつ、「粉末特性」および「粉末／レーザ間相互作用」の理解に基づき、金属3Dプリンタによる粉末とレーザの重畳効果を利用した高機能性発現材料を創製するため、（A）被膜形成による粉末機能化と粉末特性解明、（B）粉末⇔レーザ間相互作用理解と粉末溶融凝固挙動の解明、（C）造形体の機能性解明および機能性決定因子の導出、３本柱により研究を推進している。1年目は、特に（A）と（B）に注力し研究を推進した。具体的には、モデル材料としての純Cu粉末に対して、異なる元素種の被覆および膜厚制御を行い、レーザ吸収率の制御を実現した。実際のレーザ積層造形プロセスでは、粉末による正味のレーザ吸収率は、粉末物性としてのレーザ吸収率に加え、レーザ照射により生じるスパッタ・プルームが影響することが考えられる。ハイスピードカメラ観察とシミュレーションを融合的に駆使することで、レーザ照射にともない生じる粉末の溶融／凝固挙動を解析し、レーザ積層造形プロセスにて効率的にレーザ吸収を高効率化するための粉末設計指針を得た。作製した粉末を用いてレーザ積層造形を行い、高い緻密度の造形体を獲得した。以上のように、粉末特性―温度場―造形体緻密度の一連の解析により、金属粉末のレーザ吸収／反射／散乱挙動を明らかにするとともに、高い緻密度を有するCu造形体の作製に成功した。

这项研究是使用三个支柱促进研究：（a）基于对“粉末特性”和“粉末/激光相互作用”的理解，通过膜形成和（b）粉末功能化和粉末性能，以创建高度功能的材料，以利用使用金属3D打印机的粉末和激光的叠加效应。 （a）粉末功能化和粉末性能通过涂层形成，（b）粉末对激光相互作用和粉末熔体固化行为，（c）阐明建模体的功能并得出功能决定因素。在第一年，我们特别关注（a）和（b），并促进了我们的研究。具体而言，在纯Cu粉末上作为模型材料进行了不同元素和膜厚度控制的涂层，并实现了激光吸收率。在实际的激光添加剂制造过程中，人们认为，粉末引起​​的净激光吸收率受激光照射产生的溅射羽流，除了激光吸收率是粉末的物理特性。通过以融合方式使用高速摄像头观察和仿真，我们分析了激光照射时发生的粉末的熔化/固化行为，并获得了在激光添加剂制造过程中有效激光吸收的粉末设计指南。使用准备好的粉末，进行激光添加剂制造以获得高度致密的体。如上所述，对粉末性能，温度场和紧凑密度的一系列分析揭示了金属粉末的激光吸收/反射/散射行为，并成功产生了具有高密度的CU结构。

项目成果

研究室HP

实验室HP