| 研究課題/領域番号 |
19K05079
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
佐藤 雄二 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (40422547)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | レーザ金属積層造形 / チタン / 変調パルス / ファイバ―レーザ / スパッタ / 異方性 / 材料組織制御 / 入熱制御 / Ti64 / SLM / 組織制御 / 材料組織 / 選択的レーザ溶融法 / 濡れ性 / 溶融金属 / 接触角 / シャドーグラフ / 金属積層造形 / 溶融凝固過程 / 金属組織 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
一般に金属粉末にレーザが照射されると，粉末の溶融とともにスパッタが発生する。スパッタは、空孔形成の一因となる。そこで本研究課題では、空間的・時間的に制御したレーザを用いて、低ひずみかつスパッタの発生しないレーザ金属積層造形技術を開発する。さらに、金属粒子単体の微視的な溶融凝固過程を高速度ビデオカメラと熱画像カメラを用いて測定し、レーザーの入熱制御技術が溶融・凝固過程に与える影響を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
選択的レーザー溶融法（SLM）は、金属粉末を溶融・凝固して一層毎に2次元形状を作り、これを繰り返し積み上げて3D 形状を形成する。SLMで造形したサンプルは、鋳造や切削加工を行った製品と比較して、造形物の精度や密度が低い。しかも、造形物の金属組織が不均一であるため、構造材への適用が難しかった。そこで本研究では、レーザの入熱量を精密に制御して造形することで、SLMの課題であったスパッタの発生ならびに異方性の解消を試みた。その結果、変調パルスを用いた造形物では結晶粒径の微細化が小さくなる傾向があることがわかった。さらに、パルス周波数100Hzで造形した試料は面内の組織が均質であることがわかった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
レーザをパルス駆動させてレーザの入熱量を精密に制御して積層造形を行った本研究では、レーザパルスのピーク出力やパルス波形の違いが粉末粒子の溶融凝固プロセスに与える影響を微視的にリアルタイム観察し、スパッタの発生因子との相関を明らかにした。さらに、パルスレーザを用いてチタン合金の積層造形を行い、3D造形物の異方性解消、材料組織の均質化など、変調パルスレーザによる入熱制御技術が３D造形の高品質化につながる基礎的な結果を得た。本成果は次世代生産技術の根幹となる金属積層造形法の高度化に資するものとなり、ものづくりのデジタル化の推進に大きく寄与するものであると考える。
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