2014 Fiscal Year Annual Research Report
金属粉末レーザ積層造形における形状寸法・微細構造制御のためのPFM/DEM解析
| Project/Area Number |
26289273
|
|---|
| Research Institution | Kagawa University |
|---|
Principal Investigator |
品川 一成 香川大学, 工学部, 教授 (30215983)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 材料処理・加工 / 機械材料・材料力学 / 数値解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
レーザ積層造形の基本要素をフェーズフィールド法(PFM)と個別要素法(DEM)のそれぞれで考慮し，まずは2次元解析コードとして定式化を行った．並行して，解析法の構築，検証に必要な実験システムを立ち上げ，諸条件を変えながら，データ収集を開始した．
１．DEM解析コードにおける基本要素の導入： ２粒子の溶融結合過程を，表面張力を考慮した粘性有限要素法を用いて解析し，時間による粒子の形状変化，接近挙動および収縮力の変化を算出した．これを基に，収縮力と接近速度の関係を表すモデルを作成した．また，モデルに現れる形状因子の補正係数を決定し，DEM解析への導入を可能にした．
２．PFM解析コードにおける基本要素の導入： 溶融粒子の間に働く収縮力をPFMにより見積もるための手法を構築した．溶融した粒子にPFM/DEM連成法を適用するにあたり，隣接する粒子に便宜的に異なるフェーズフィールド変数を設定した．その上で，わずかな界面エネルギーを与えることで，ネック部に作用する引張力を算出できるようにした．この手法を用い，粉体モデルを作成し，シミュレーションを行ったところ，粒子同士が融合してひとつの塊になる過程が再現できた．
３．実験システムの立ち上げ，予備実験： レーザ発信器，光学系装置を購入し，これらを用いて基礎実験用の積層造形システムを立ち上げた．いくつかの粉末材料に対し，出力，走査速度など変えて照射実験を行い，粉体の溶融結合を確認した．これを基に，造形可能な基礎的な照射条件を決定した．さらに照射実験を進め，データ収集を開始した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験システムは順調に立ち上がり，実験データの収集を始めることができた．また，PFM/DEM解析コードに基本的な要素を導入し，粉体の溶融結合過程がシミュレートできるようになった．ただし，計算モデルは初歩的なものであり，溶融造形として考慮しなければならない要素はまだ多い．
|
| Strategy for Future Research Activity |
前年度に作成した解析コードに，考慮しなければならない要素をさらに加えながら，検証，改善を重ね，金属粉末レーザ溶融造形用PFM/DEMハイブリッド解析法を構築する．また，高性能な最新のワークステーションを購入し，大規模な計算を効率よく行えるようにする．実験システムについては，照射方法，条件を種々替え，本格的なデータ収集を行う．
|
| Causes of Carryover |
1000円以下の端数であり，次年度での使用が妥当であると判断した．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
消耗品費の一部として使用する．
|
