| 研究課題/領域番号 |
17H01329
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
材料加工・組織制御工学
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
小泉 雄一郎 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10322174)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
44,460千円 (直接経費: 34,200千円、間接経費: 10,260千円)
2020年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2019年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2018年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2017年度: 21,190千円 (直接経費: 16,300千円、間接経費: 4,890千円)
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| キーワード | 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) / 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 / アディティブマニュファクチュアリング / セル状凝固 / ビード / 個別要素法(DEM) / 材料加工・処理 / 構造・機能材料 / 結晶成長 / シミュレーション工学 / 生体材料 / ニッケル基合金 / Co-Cr-Mo合金 / IN718合金 / 組織制御 / 粉末床溶融結合 / 柱状―等軸遷移（CET） |
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| 研究成果の概要 |
金属3Dプリンタの主流である粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion: PBF）型付加製造（Additive Manufacturing: AM）にて、部材の形状だけでなく材料特性を決定する結晶組織形成の支配因子を、実験と数値シミュレーションを組み合わせて調べた。具体的には、金属粉末を溶融結合させるための電子ビームやレーザービームの出力と走査速度、そして走査線の間隔の組み合わせにより、造形部材の結晶粒組織を高配向の単結晶状にしたり、低配向の多結晶にしたりするための学術的指針を、PBFプロセス特有の凝固条件の発現とその条件での結晶成長挙動と合金の物理化学的特徴との相関に基づいて示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の成果は、金属用3Ｄプリンタ（3DP）で形状だけでなく内部組織を制御することで、材料特性をも制御しながら部材を製造するための科学として大きな重要性を持つ。例えば、溶融凝固で得られる結晶組織は従来、センチメートルサイズの溶融領域での凝固が注目されてきたが、本研究では金属3DPで重要な1mm以下の微小領域での凝固現象を明らかにした。その結果、溶融領域が一桁小さく、冷却速度が100万度/秒と非常に大きいことを見出した。この成果は、新しい金属結晶成長の基礎学理として学術的に意義が高いと同時に、3DPによる高性能な部材の安定的な製造のための基礎的知見として、実用・社会的にもその意義は極めて大きい。
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