Development of infiltration theory and data-driven process to realize melt-infiltration additive manufacturing

本研究では、新しい積層造形方式として、Melt Infiltration：MI(溶湯浸透)プロセスを提唱し、MI法による粉末固化のダイナミクス理解を通じて積層造形方式としてのポテンシャルを明らかにすることに取り組んでいる。本研究の目的は、(1) MI方式に必要な学理体系化、(2) データ駆動型プロセス設計方法論を確立することであり、2022年度は以下のことを実施した。1) 浸透寄与因子の高次定量化：浸透現象には、プリフォームの多孔質構造が大きく寄与することを明らかにした。樹脂容器内に自然充填したチタン粉末プリフォームをマイクロフォーカスX線CTにより撮影した。粉末形状因子、プリフォーム空間構造を3D画像解析ソフト（VGSTUDIO粉体解析オプション）を用いて計測した。また、X線CTを用いることにより、断面からは観察されなかった残留気孔の存在を明らかにした。残留気孔の形成場所や形成過程を解明するための研究を継続して実施する。2) MI法によるチタン/マグネシウム複合材料の材料特性評価：MI法によるチタン/マグネシウム複合材料の耐環境性能をケルビンプローブフォース顕微鏡による表界面電位差計）で評価可能であるかを検討した。その結果、表面電位差計測は可能であり、さらに、想定していたような大きい界面電位差を示すこともわかった。これにより、界面を起点とする腐食現象に注意が必要であることが明らかになった。今後、界面反応層を意図的に形成し、それが界面電位差に及ぼす影響を調査していく。3) 浸透現象の理論解析とデジタルツインデータの構築： VG-STUDIO毛管圧力オプションを用い、流束Q、浸透圧力ΔPなどを計算した。X線CT画像を用いて計算が可能であることが確認できた。今後は、浸透その場観察と本項の解析結果を照合し、高精度な解析モデル・境界条件を決定していく。

本研究では、新しい積層造形方式として、Melt Infiltration：MI(溶湯浸透)プロセスを提唱し、MI法による粉末固化のダイナミクス理解を通じて積層造形方式としてのポテンシャルを明らかにすることに取り組んでいる。本研究の目的は、(1) MI方式に必要な学理体系化、(2) データ駆動型プロセス設計方法論を確立することであり、2022年度は以下のことを実施した。1) 浸透寄与因子の高次定量化：浸透現象には、プリフォームの多孔質構造が大きく寄与することを明らかにした。樹脂容器内に自然充填したチタン粉末プリフォームをマイクロフォーカスX線CTにより撮影した。粉末形状因子、プリフォーム空間構造を3D画像解析ソフト（VGSTUDIO粉体解析オプション）を用いて計測した。また、X線CTを用いることにより、断面からは観察されなかった残留気孔の存在を明らかにした。残留気孔の形成場所や形成過程を解明するための研究を継続して実施する。2) MI法によるチタン/マグネシウム複合材料の材料特性評価：MI法によるチタン/マグネシウム複合材料の耐環境性能をケルビンプローブフォース顕微鏡による表界面電位差計）で評価可能であるかを検討した。その結果、表面電位差計測は可能であり、さらに、想定していたような大きい界面電位差を示すこともわかった。これにより、界面を起点とする腐食現象に注意が必要であることが明らかになった。今後、界面反応層を意図的に形成し、それが界面電位差に及ぼす影響を調査していく。3) 浸透現象の理論解析とデジタルツインデータの構築： VG-STUDIO毛管圧力オプションを用い、流束Q、浸透圧力ΔPなどを計算した。X線CT画像を用いて計算が可能であることが確認できた。今後は、浸透その場観察と本項の解析結果を照合し、高精度な解析モデル・境界条件を決定していく。