2020 Fiscal Year Annual Research Report
Materials Science for controlling not only external shape but also internal microstructure in metal 3D printing
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17H01329
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小泉 雄一郎 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10322174)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
千葉 晶彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00197617)
山中 謙太 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (30727061)
福山 博之 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40252259)
青柳 健大 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90636044)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 凝固マップ / 熱流体力学シミュレーション / 柱状―等軸遷移(CET) / ビード / 個別要素法(DEM) / 粉末床溶融結合(PBF) / 高速二色温度分布解析 / フェーズフィールド法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究開始時当初の目標であったCo-Cr-Mo合金、Inconel718合金を対象とした組織制御については、造形用電子ビーム（EB）照射で形成される溶融領域各位置の凝固組織の結晶方位分布解析と熱流体力学（CtFD）計算を用いた温度分布変化解析による凝固界面での温度勾配(G)と凝固速度(R)と組織の関係を柱状―等軸遷移(CET)理論に基づく凝固マップで解析する研究を2019年度までに実施しており、流速(U)の重要性を見出していたため、流動ならびに下地結晶の影響に注目した研究を、対象材料をチタン合金、SUS304鋼、SUS316L鋼、Al-Si合金、Ni基合金にも拡張して展開した。合金の融体物性や熱力学的性質がG-R-U値と組織との関係に及ぼす影響を、EBだけでなくレーザ（LB）照射の場合についても調査した。さらに高速度カメラと二色法によるビーム走査時の溶融池表面で温度分部の時間変化の測定の高精度化にも成功した。また、ビーム往復時の溶融凝固挙動のCtFD解析にて、経路長や経路間隔等を変化させた場合の効果を評価するとともに、部位毎の組織制御のために造形条件を部位毎に変化させた場合の組織遷移挙動も調査した。さらに個別要素法（Discrete Element Method）による粉末床形成プロセスの計算機シミュレーションも実施した。凝集力を加味した粉末間の接触モデルを作成し、採用することで粉末床モデルを改善することにも成功した。それをCtFDシミュレーションに用いることで、粉末が存在する場合のビーム照射による溶融・流動・凝固過程の解析データも拡充した。これらの実験および計算の高精度化とデータの拡充により、本研究で見出した知見の異種材料間での共通点と材料毎の特殊性を検討し、幅広い材料に対して3Dプリントにおいて形状だけなく内部組織を制御するための材料科学を開拓した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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