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Stabilization of parts quality using semi-sintering process in polymer laser sintering

Research Project

Project/Area Number 19K14867
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
Research InstitutionTokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute

Principal Investigator

Kobayashi Ryuichi  地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 事業化支援本部技術開発支援部製品化技術グループ, 副主任研究員 (30707112)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords付加製造 / レーザ焼結 / パートケーキ / クラック / 半焼結 / オレンジピール / 粉末床溶融結合 / 冷却工程制御 / アディティブマニュファクチャリング
Outline of Research at the Start

近年、Additive Manufacturingの生産性向上、実製品適用が求められている。その中で樹脂粉末床溶融結合は形状自由度、強度、製造コストに関して優位性があるものの、冷却工程が長時間であることや寸法精度、強度のばらつきが課題となっている。
研究者は前年度までにパートケーキ(造形物を含む粉末の塊)に発生するクラックに通気することで内部から冷却する冷却促進技術を開発し、冷却時間の短縮を実現した。本研究では冷却工程を制御するためにクラック発生位置制御ならびにクラック抑制手法を確立する。さらに、パートケーキ冷却温度履歴と造形物の寸法および機械的特性のばらつきとの関係性を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

We developed a semi-sintering process that can produce semi-sintered powder using low-power laser irradiation during building in order to control the location of cracks that propagate in unsintered powder of partcake in polymer laser sintering. The crack suppression rate was increased by using this process to semi-sinter powder between adjacent parts. Furthermore, applying the semi-sintering process to the sides of parts was effective in suppressing orange peel (unintended surface roughness), which is a problem inherent to polymer laser sintering.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で確立した半焼結プロセスによるオレンジピール抑制は、樹脂レーザ焼結の品質安定化に直結する。また、通常の装置運用において、リサイクル粉末(装置内で融点付近まで予熱された粉末)と新しい粉末を混合した粉末が装置に投入される。そして通説ではオレンジピール抑制のために新しい粉末を30-50%混合することが求められるが、半焼結プロセスによるオレンジピール抑制を適用することで、従来よりも新しい粉末の投入量を少なくできる可能性がある。したがって、半焼結プロセスの適用は低コスト、低環境負荷の樹脂レーザ焼結を実現できる可能性がある。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Novel process for suppressing orange peel formation in polymer laser sintering through pretreatment with low-power laser irradiation2021

    • Author(s)
      Kobayashi Ryuichi、Kigure Takashi、Yang Ming
    • Journal Title

      Rapid Prototyping Journal

      Volume: 28 Issue: 3 Pages: 505-513

    • DOI

      10.1108/rpj-03-2021-0068

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 樹脂粉末レーザ焼結におけるオレンジピールと引張強度および破断伸びの関係2020

    • Author(s)
      小林隆一、楊明
    • Organizer
      2021 年度精密工学会春季大会学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 三次元形状造形物の製造装置、付加製造装置による三次元形状造形物の製造方法及び付加製造装置による三次元形状造形物の製造プログラム2020

    • Inventor(s)
      小林隆一
    • Industrial Property Rights Holder
      小林隆一
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
    • Acquisition Date
      2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 三次元形状造形物の製造装置、付加製造装置による三次元形状造形物の製造方法及び付加製造装置による三次元形状造形物の製造プログラム2020

    • Inventor(s)
      小林隆一
    • Industrial Property Rights Holder
      小林隆一
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-185789
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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