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2018 年度 実績報告書

放電現象を利用した金属3D造形法の研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K06794
研究機関筑波技術大学

研究代表者

谷 貴幸  筑波技術大学, 産業技術学部, 教授 (80279554)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード放電加工 / 細線電極 / 金属造形
研究実績の概要

本研究は,比較的小型な部品をターゲットとした金属3Dプリンタを開発することを目的としている。対象とする金属は高強度,高融点を有するタングステンである。その手法は,タングステン細線に対して任意の2か所に限定した場所に放電を同時に発生させ,その2ヶ所の間で溶融した細線成分を金属基板に堆積させる方法である。装置は,2つの極間間隙を持つ構造となる。すなわち,電極と細線および細線と基板との間に微小な間隙を設け,この極間間隙をアクチュエータによって制御し,両間隙に同時に放電を発生させる。
本研究期間中にプロトタイプとしての装置の放電加工機を製作し,基礎的な実験を実施した。両間隙に同時に放電を発生されるための極間制御を構築し,安定的に同時放電を発生させることが可能となった。この条件下において,2ヶ所同時放電時における細線金属の挙動を高速度カメラで撮影した。撮影は,プラズマの発光の影響を無くすために,レーザー光(523nm)を背光として,この波長のみを通過させるバンドパスフィルターを介して行っている。この結果,放電が発生した2点間の細線は瞬時の溶融状態に達し,溶融した金属がその表面張力によって,表面積が最小となる形で基板に堆積することが明らかとなった。細線の径および電気条件によって,金属の堆積状態は異なり,それぞれの加工条件において堆積に適切な条件を見出した。
以上で検証した溶融細線による造形法に加え,薄肉パイプの消耗を利用する方法も同時に実施した。薄肉パイプを高速に回転させることによって,放電柱を滑らせて基板側への熱の入力を制御し,消耗した材料を堆積させることを狙いとした方法である。この方法によっても,パイプ成分を基材に移行させることに成功している。また,レーザ照射による,この改質面の平滑化について検討した。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Some Effects on EDM Characteristics by Assisted Ultrasonic Vibration of the Tool Electrode2018

    • 著者名/発表者名
      Atsutoshi Hirao, Takayuki Tani, Hiromitsu Gotoh
    • 雑誌名

      Procedia-CIRP

      巻: 68 ページ: 76-80

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of Material Removal Process by Single Discharge in Air Gap2018

    • 著者名/発表者名
      Tani Takayuki, Yoshiki TSUJITA, Hiromitsu GOTOH, Masaaki OKADA, Naotake MOHRI
    • 雑誌名

      Procedia-CIRP

      巻: 68 ページ: 276-279

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rivet Fastening Process for Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics (CFRTP) under Ultrasonic Vibration2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromitsu GOTOH, Tani Takayuki, Naotake MOHRI
    • 雑誌名

      Procedia-CIRP

      巻: 68 ページ: 456-459

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 気中単発放電における材料除去過程の観察2018

    • 著者名/発表者名
      谷貴幸,辻田容希,後藤啓光,毛利尚武
    • 雑誌名

      気加工学会誌

      巻: 52 ページ: 31-37

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 放電加工におけるプラズマの滑り現象が表面改質に及ぼす影響2018

    • 著者名/発表者名
      野口敬祐
    • 学会等名
      2018年度精密工学会北信越支部学術講演会
  • [学会発表] 単パルス放電のプラズマ滑り現象が表面に及ぼす影響2018

    • 著者名/発表者名
      平尾篤利
    • 学会等名
      第12回生産加工・工作機械部門講演会講演
  • [学会発表] 放電加工における材料除去およびカーボン付着メカニズムの一考察2018

    • 著者名/発表者名
      谷貴幸
    • 学会等名
      第12回生産加工・工作機械部門講演会講演
  • [学会発表] 放電加工におけるカーボン付着メニズムの解明2018

    • 著者名/発表者名
      谷貴幸
    • 学会等名
      電気加工学会全国大会(2018)
  • [学会発表] Observation of Material Removal Process by Single Discharge in Air Gap2018

    • 著者名/発表者名
      Tani Takayuki
    • 学会等名
      19th edition of ISEM 2018 (the Conference on Electro Physical and Chemical Machining)

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公開日: 2019-12-27  

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