The Improvement of surface roughness in metal additive manufacturing inner and outer surface applying laser processing technology

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14635
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• Principal Investigator: 村上 祐一 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 事業化支援本部多摩テクノプラザ複合素材技術グループ, 副主任研究員 (10707136)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 金属積層造形 / レーザ加工 / パルスレーザ / 除去加工 / 表面粗さ改善

Outline of Annual Research Achievements

金属積層造形(金属AM)技術は、従来、作製が困難な高付加価値製品を製造できるため、米国やヨーロッパ諸国では、航空宇宙・医療など一部の分野で実用化されている。これに対し、日本では試作レベルを抜け出せておらず、技術格差が広がっている。その理由の一つは、AM造形製品の表面粗さが要求精度に達していない点である。本研究の目的は、開発した試作造形機を用いて、高出力パルスレーザで積層痕と固着粉末を除去加工により、造形品の表面粗さRaを1.6μm程度(組付け部品同等レベル)に向上させる造形方法を確立することである。
１年目と同様に新たな材料でのレーザ除去加工メカニズムの解明のために、in situ測定、除去加工の効果検討、組織・残留応力の観察が調査項目となっている。試作した造形機で安定した造形条件を確立し、in situ測定、観察項目の準備および実施した。製作した造形装置で新たな材料の造形物が安定して造形できる条件を選定することができた。１年目に製作した造形中の様子を観察するための高速度カメラを設置するための治具を改良し、よりよく造形中に観察ができるか確認を行った。また、除去加工に関してはパルスレーザでレーザを照射できることは確認できた。しかし、新たな材料でのパルスレーザの条件であるレーザ出力、レーザの照射する間隔、照射回数、照射経路などで最も効率よく粗さを低減できるかは現在実験を行っている最中となっている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新たな材料でのレーザ除去加工メカニズムの解明を目指し、実験を実施した。製作した造形装置で造形物が安定して造形できる条件を選定することができた。造形中の様子を観察するための高速度カメラを設置するための治具の改良進め、よりよく造形中に観察ができるようにした。しかし、新たな材料でのパルスレーザの条件であるレーザ出力、レーザの照射する間隔、照射回数、照射経路などで最も効率よく粗さを 低減できるかは現在実験を行っている最中となっている。

Strategy for Future Research Activity

【2022年度】2021年度実施できなかった項目に追加し、複数材料によるデータベースの構築を実施する。2020、2021年度の結果を指標として、立方体形状以外の形状で除去加工が可能か検討してく。後加工が困難となる小径穴や曲面形状で適用を確認していく。また、形状によって、除去加工の加工条件が異なってくると予想される。そのため、立方体、曲面、穴などの基本形状に関して除去加工のデータベースを構築していく。

Causes of Carryover

実験を実施するための材料や実験に用いる消耗品を手元にあるもので実験を実施した。そのため、本来購入すべき材料費や消耗品を購入を次年度（2021年度）に
購入する予定品と合わせて購入するため。