| Project/Area Number |
23K23080
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| Project/Area Number (Other) |
22H01812 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小笹 良輔 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (80845347)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 貴由 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30243182)
石本 卓也 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 教授 (50508835)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
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| Keywords | 金属3Dプリンタ / 粉末／レーザ相互作用 / 粉末特性 / 計算機シミュレーション / 凝固組織 / 金属３Dプリンタ / 結晶集合組織 / 格子欠陥 / 導電率 / レーザ積層造形法 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、金属3Dプリンティング法の一種であるレーザ粉末床溶融結合を用いて、本手法が創出する特有の温度場を駆使しつつ、粉末とレーザ間で生じる物理現象の理解に基づき造形を行うことで、高い機能性を発揮する材料の創製を目指す。具体的には、本来造形が困難であるCu合金の緻密体の作製を実現するとともに、凝固組織や結晶集合組織、格子欠陥といった金属の微細組織を制御することにより、高い導電率をもつ新規Cu材料の創製をする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、レーザ積層造形による特有の温度場創出に基づく金属凝固組織・機能性制御技術を駆使しつつ、「粉末特性」および「粉末／レーザ間相互作用」の理解に基づき、金属3Dプリンタによる粉末とレーザの重畳効果を利用した高機能性発現材料を創製するため、（A）被膜形成による粉末機能化と粉末特性解明、（B）粉末⇔レーザ間相互作用理解と粉末溶融凝固挙動の解明、（C）造形体の機能性解明および機能性決定因子の導出、３本柱によりCu合金を対象にした研究を推進している。
2年目は、1年目に明らかにした金属粉末のレーザ吸収／反射／散乱挙動に基づき、粉末／レーザ間での入熱／抜熱バランスを制御することで創製したCu合金の金属組織および機能性の解明およびその制御を行うことに挑戦した。
レーザ走査パラメータとスキャンストラテジ（層毎のレーザ走査の方向のパターンとその組み合わせ）を制御することで指向性温度場を創出し、種々の結晶集合組織や格子欠陥をもつ造形体を作製することに成功した。得られた造形体は、組織状態に応じて異方的な導電率を示し、レーザ積層造形によりCu合金の導電率を制御することに成功した。さらに、作製した造形体に対して熱処理を施すことで、Cu合金でありながらも純Cuに近い優れた導電率を示した。
以上のように、計算の温度場予測に基づき設計した指向性温度場を活かした、レーザ積層造形による金属組織の制御に成功するとともに、導電率制御を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上述のように、すでに造形体における金属組織および導電性の制御を達成しており、残りの期間で目標を達成できる見込みであるため、進捗状況は順調と自己評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
熱拡散シミュレーションの温度場予測により設計した指向性温度場を活用し、レーザ積層造形によるCu合金の金属組織および導電率の制御に成功している。つまり、当初の研究計画である（A）被膜形成による粉末機能化と粉末特性解明、（B）粉末⇔レーザ間相互作用理解と粉末溶融凝固挙動の解明、（C）造形体の機能性解明および機能性決定因子の導出、のうち、（A）・（B）、および（C）の機能性解明までは完了している。したがって、最終年度の3年目は、残りの目標である、レーザ積層造形造形体における導電率を制御する因子の同定を行う。加えて、当初想定していなかった計画であるが、（A）・（B）にて見出した粉末/レーザ相互作用とそれに基づき創出される指向性温度場の関係性を他合金系にも適用することで、未だ結晶集合組織の形成が実現されていない合金種や立法晶系以外の結晶系に属する結晶構造をもつ合金系の結晶集合組織にも挑戦し、本研究により得られた成果の妥当性を検証する。
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