2023 Fiscal Year Annual Research Report
レーザ積層造形法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の創製
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22H01812
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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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| Keywords | 金属３Dプリンタ / 粉末／レーザ相互作用 / 計算機シミュレーション / 凝固組織 / 結晶集合組織 / 格子欠陥 / 導電率 |
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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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[Journal Article] Development of an equiatomic octonary TiNbTaZrMoHfWCr super-high-entropy alloy for biomedical applications2024
Author(s)
Tadaaki Matsuzaka, Akira Hyakubu, Yong Seong Kim, Aira Matsugaki, Takeshi Nagase, Takuya Ishimoto, Ryosuke Ozasa, Hyoung Seop Kim, Tomoji Mizuguchi, Ozkan Gokcekaya, Takayoshi Nakano
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Journal Title
Materials Chemistry and Physics
Volume: 316
Pages: 129120
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Peculiar microstructural evolution and hardness variation depending on laser powder bed fusion-manufacturing condition in Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo2024
Author(s)
Prince Valentine Cobbinah, Sae Matsunaga, Yoshiaki Toda, Ryosuke Ozasa, Masayuki Okugawa, Takuya Ishimoto, Yuheng Liu, Yuichiro Koizumi, Pan Wang, Takayoshi Nakano, Yoko Yamabe-Mitarai
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Journal Title
Smart Materials in Manufacturing
Volume: 2
Pages: 100050
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] 金属3Dプリンティングの特異界面形成によるカスタム力学機能制御学の構築 ～階層化異方性骨組織に学びつつ～2024
Author(s)
中野貴由, 石本卓也, 松垣あいら, 小笹良輔, ゴクチェカヤオズカン, 安田弘行, 趙研, 小泉雄一郎, 奥川将行, 吉矢真人, 藤井進, 多根正和, 三好英輔, 東野昭太
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Journal Title
まてりあ
Volume: 63
Pages: 36～41
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[Presentation] Microstructure and mechanical properties of metastable Ti-Cr-Sn alloys fabricated by laser powder bed fusion with pure metal mixed powders2023
Author(s)
Masaki Tahara, Yilin Jin, Cheng Chen, Naoki Nohira, Akira Umise, Wan-Ting Chiu, Ryosuke Ozasa, Takuya Ishimoto, Yuichiro Koizumi, Takayoshi Nakano, Hideki Hosoda
Organizer
The 1st international conference on Creation of Materials by Superthermal Field 2023 (CMSTF2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 積層造形法によって作製したTi-Cr-Sn合金の内部組織と力学特性2023
Author(s)
田原正樹, 金奕霖, 陳成, 野平直希, 海瀨晃, 邱えんてい, 小笹良輔, 石本卓也, 小泉雄一郎, 中野貴由, 細田秀樹
Organizer
日本金属学会2023年秋期(第173回)講演大会
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