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

开发可实现高强度、高精度造型的新加工技术“熔融金属层压法”

• 批准号: 16J08105
• 负责人: 高木 悠貴
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J08105/
• 关键词: WAAM; Additive manufacturing; 溶接; モニタリング; 温度状態; アデティブ・マニュファクチャリング; 3Dプリンタ; Additive Manufacturing; ３Dプリンタ; 溶融金属積層

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。

This study focuses on the optimal temperature state of the object. The temperature of the molded object is adjusted by setting the temperature of the top layer of the molded object (T630SC). The amplitude of each layer of the model is changed to 3D mode (VL-350) Laminate material, mild steel equivalent (SM490) and other applications. The shape of the shape is 100mm long and 50mm high, and the shape of the vertical wall is pure. The lamination conditions are: welding current 60A, welding voltage 15V, welding speed 100mm/min The temperature state of the layer-in-layer is changed to 100, 300 and 500℃, respectively. The results are shown below. Measurement of internal and external temperatures and cooling rates 2. Comparison of the amplitude of each layer and the correlation between the temperature and the cooling rate. The temperature of each layer is uniformly controlled, and the amplitude of the layer is increased. The increasing tendency of the amplitude of the layer and the decreasing tendency of the cooling rate are related to each other. The temperature distribution in the layer is calculated under the condition of 500℃. Use this to resolve LS-Dyna. The temperature distribution of vertical wall modeling is calculated with an error of ±50℃. In the future, it is possible to calculate the temperature state of the layer under the conditions of temperature 100℃ and 300℃. Finally, the first layer is analyzed and the temperature state is predicted before the cooling speed is determined.

项目成果

溶融金属積層により造形した合金工具鋼の切削における工具摩耗

熔融金属层压成形合金工具钢切削过程中的刀具磨损

• 发表时间: 2017
• 作者: 高木悠貴;笹原弘之
• 通讯作者: 笹原弘之

Material-property evaluation of magnesium alloys fabricated using wire-and-arc-based additive manufacturing

• DOI: 10.1016/j.addma.2018.10.026
• 发表时间: 2018-12-01
• 期刊: ADDITIVE MANUFACTURING
• 影响因子: 11
• 作者: Takagi, Hisataka;Sasahara, Hiroyuki;Nakamura, Kunimitsu
• 通讯作者: Nakamura, Kunimitsu

ワイヤ＋アーク放電によるAdditive manufacturing

使用线材+电弧放电的增材制造

• 发表时间: 2018
• 作者: Takagi Hisataka;Sasahara Hiroyuki;Abe Takeyuki;Sannomiya Hiroki;Nishiyama Shinichiro;Ohta Shuichiro;Nakamura Kunimitsu;高木悠貴，永松秀朗，吉岡亨，笹原弘之
• 通讯作者: 高木悠貴，永松秀朗，吉岡亨，笹原弘之

ワイヤ＋アーク方式アディティブ・マニュファクチャリングによる異種金属の肉盛

使用焊丝+电弧增材制造叠加异种金属

• 发表时间: 2018
• 作者: Takagi Hisataka;Sasahara Hiroyuki;Abe Takeyuki;Sannomiya Hiroki;Nishiyama Shinichiro;Ohta Shuichiro;Nakamura Kunimitsu;高木悠貴，永松秀朗，吉岡亨，笹原弘之;髙木悠貴，杉浦純一，笹原弘之
• 通讯作者: 髙木悠貴，杉浦純一，笹原弘之

ワイヤ＋アーク放電を用いたアディティブ・マニュファクチャリング-高比強度部材の作製、切削加工との連携システム-

使用线材+电弧放电的增材制造 - 高比强度零件的制造、与切削加工的配合系统 -

• 发表时间: 2016
• 作者: 高木悠貴;笹原弘之;高木悠貴，永松秀朗，笹原弘之
• 通讯作者: 高木悠貴，永松秀朗，笹原弘之