高強度・高精度な造形を可能にする新加工技術「溶融金属積層法」の開発

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本研究では、造形物の温度状態と形状を1層ごとに比較し、積層に最適な温度状態を明らかにすることを目的とする。積層入熱による造形物の温度変化を調べるため、サーモカメラ(T630SC)を設置し、造形物の最上層の温度を測定した。造形物の各層の積層幅の変化を3Dスキャナ型三次元測定機（VL-350）により測定した。積層材料には、軟鋼相当(SM490)のものを用いた。造形物の形状は長さ100mm、高さ50mmの単純な垂直壁形状とした。積層条件は、溶接電流60A、溶接電圧15V、溶接トーチ送り速度100mm/minに固定とした。積層中の造形物の温度状態を変化させるために、1層積層終了するごとに積層を中断するインターバルを設け、積層を再開する温度（パス間温度）を100、300、500℃と3条件設定した。本実験により得られた結果を以下に示す。・測定された温度パラメータの内、パス間温度と冷却速度を1層ごとに抽出する。2つの温度パラメータ（パス温度と冷却速度）と各層の積層幅を比較し、それぞれの相関性を評価した。・パス間温度を各層で均一に制御しても、積層幅が拡大していく傾向がある。積層幅の増大傾向と冷却速度の冷却速度の減少傾向には強い相関関係がみられた。・パス間温度500℃の条件について、積層中の温度分布を求める解析モデルを作製した。使用した解析ソフトはLS-Dynaである。垂直壁造形時の温度分布を実験結果との誤差±50℃程度で計算可能な解析モデルを作製した。今後の予定としては、解析モデルの改良に取り組み、パス間温度100℃、300℃の条件でも、積層中の温度状態を計算可能とする。最終的に、1層ごとに解析モデル内のインターバル時間を調整し、冷却速度を一定に保つようなインターバル時間を解析上で求めることで、積層前にあらかじめ造形に適した温度状態を予測可能とする。