金属AMにおける余剰固化部生成メカニズムの解明と平滑化プロセスの研究開発

金属增材制造中过度凝固产生机理的阐明及平滑工艺的研发

基本信息

批准号：
22K03859
负责人：
阿部諭
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

项目摘要

金属を材料としたアディティブマニュファクチャリングの大きな課題のひとつである「側面の粗さ」に着目し，その要因である端部に発生する「余剰固化部」の形成メカニズムを実験的・解析的に明らかにし，余剰固化部の平滑化プロセスを提案することを研究目的とする．今年度は，IRレーザと金属粉末（マルエージング鋼粉末）を適用した PowderBedFusion 法（PBF/LM）におけるレーザのハッチングパターン，特に端面でのハッチングパスの長さと側面の粗さとの関係を把握し，造形物端部の温度と余剰固化量に相関があることを確認した．0.1mm 以下のごく短いハッチングパスの集合部では造形物がより高温となり，周辺の粉末がより多く凝集されて余剰固化量が大きくなるため，側面の粗さに影響があることが確認された．側面部の平滑化を実現するためには，局所的な温度蓄積を避けるハッチングストラテジが必要であることが確認された．また，マルエージング鋼粉末を用い，小径孔を有する造形物をX線CT三次元測定機（ニコンMCT225）で撮像し，小径孔内部の表面状態と各部位における孔の大きさとそのばらつきを可視化することができた．今年度の評価結果より，レーザのビームエネルギ分布が余剰固化部の形成様態と何かしらの相関がある可能性が見いだされた，次年度以降は，レーザビームのエネルギプロファイルと余剰固化部の形成形態との関係を評価し，平滑化するためのレーザ要件，加工条件の検討を実施する．

该研究旨在集中于使用金属添加剂制造的主要挑战之一，并阐明在边缘上发生的“盈余固化部分”的机理，这是由于实验和分析的原因，并提出了多余固化部分的平滑过程。今年，我们使用IR激光和金属粉（Maraging钢粉），尤其是末端面部的孵化路径的长度以及侧面的粗糙度，并确认固定量和多余的固体量之间存在相关性。据证实，随着结构的温度变得更高，侧面表面的粗糙度会受到非常短的孵化路径的形成，并且周围的粉末被聚集在一起，从而导致大量过量的固化量。据证实，为了实现侧面的平滑，为了避免局部温度积累，必须采取孵化策略。此外，使用Maraging钢粉，使用X射线CT三维测量机（Nikon MCT225）成像具有小直径孔的形物体，从而可以看到小直径孔的表面状态，每个位置的孔的尺寸以及孔中的变化。根据今年的评估结果，发现激光束能量分布可能与多余的固化部分的形成有某种相关性。从明年开始，将评估激光束的能量曲线与形成过多的固化部分之间的关系，并将检查激光要求和平滑处理条件。