粉末床溶融結合におけるエネルギ吸収の高精度制御による最終製品製造技術の確立

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14634
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• Principal Investigator: 山内 友貴 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3Dものづくりセクター, 主任研究員 (20587133)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 付加製造 / レーザ焼結

Outline of Annual Research Achievements

レーザ焼結は，ラティス構造のような軽くて強い複雑形状を加工できることから，次世代の製造技術として期待されている．一方で，本技術で造形した部品には内部欠陥が多く強度が低いという致命的な課題がある．従来は樹脂吸 収性の高い中赤外レーザによるエネルギ供給に依存しており，それによって発生する深さ方向の大きな温度勾配が内部欠陥の発生要因となっている．これまでの研究では，従来よりもエネルギ吸収特性を大きく変更する方法について検討を行ってきた．本研究では造形システム及び材料開発によって造形時のエネルギ吸収をさらに高精度に制御することにより，内部欠陥の少ない部品を造形する技術の確立を目指す．
まず，エネルギの吸収状態が部品の機械的特性に及ぼす影響を調査した．エネルギ吸収特性の異なる粉末材料を準備し，レーザ出力，走査間隔を変えて試料を造形し，部品の強度を評価した．その結果，エネルギ吸収の状態によって造形した部品の機械的特性が大きく変化することがわかった．これによりエネルギ吸収特性を最適化することの効果について確認することができた．また，光学的評価によって機械的特性が向上する吸収状態について考察を行った．
さらに，深さ方向のエネルギ吸収をよりダイナミックに調整可能なシステムの構築を行った．今後は本システムを用い，かつ造形条件を最適化して内部欠陥を抑制することにより，さらなる部品の機械的特性向上が期待される．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

エネルギ吸収特性が造形品の機械的特性に大きく影響していることが明らかとなり，さらに吸収特性を制御するシステムについて構築したことから，おおむね順調に進展していると考えている．

Strategy for Future Research Activity

前年度までに構築したシステムを用い，エネルギ吸収分布を変えた状態で造形実験を行う．その際に造形部温度を計測することにより，エネルギ吸収分布との関係を把握する．

Causes of Carryover

初年度の実験については，機関内の物品が流用できたことと，一部の実験内容の次年度以降へのずれ込みにより次年度使用額が発生した．ずれ込んだ実験に要する消耗品（造形材料、治具，ソフトウエア等）の購入のため次年度の助成金と合わせて使用を予定している．