2018 Fiscal Year Annual Research Report
Surface Mechanics Design Using Laser Cavitation and Its Practical Application for 3D Additive Manufacturing Material
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17H03138
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
祖山 均 東北大学, 工学研究科, 教授 (90211995)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊賀 由佳 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50375119)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 疲労 / 機械的表面改質 / キャビテーション / レーザ / ３次元積層材 / 表面力学設計 / ピーニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．レーザキャビテーションの境界条件の制御：パルスレーザの焦点を加工面ではなく，水中に焦点を合わせてパルスレーザを照射し，レーザキャビテーションの境界条件として焦点位置と加工面の距離を変化させ，レーザキャビテーションが加工面に衝撃力を付与できる条件を見出した。同条件において金属材料を処理して，金属材料に塑性変形ならびに圧縮残留応力を導入できることを実験的に明らかにし，レーザキャビテーションによる機械的表面改質を実証した。
２．表面力学設計における諸因子と疲労強度の関係の把握：水中レーザピーニング（レーザアブレージョンならびにレーザキャビテーション），キャビテーションピーニング，ショットピーニングでそれぞれステンレス鋼を処理した場合について最適加工時間を明らかにした。さらに，それぞれ最適加工時間で処理した場合について，疲労強度，下限界応力拡大係数範囲を明らかにした。
３．パルスレーザによるアブレージョンの支配因子の解明：レーザキャビテーションで処理した表面粗さを計測し，パルス密度と表面粗さの関係を明らかにした。なお，電子ビームで積層造形したチタン合金をレーザキャビテーションで処理した結果，パルス密度が小さく，塑性流動により表面粗さが未処理材よりも若干増大する条件においても，レーザキャビテーションにより疲労強度を向上できることを実験的に示した。
４．機械的表面改質した金属製３次元積層造形材の評価：上記２の最適加工時間の結果を参考にして，水中レーザピーニング，キャビテーションピーニング，ショットピーニングでそれぞれ電子ビームで積層造形したチタン合金を処理し，水中レーザピーニングで処理した場合が最も疲労強度が大となることを実験的に明らかにした。
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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
交付申請書の研究計画に記した項目について，順調に実施し，着実な成果を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
交付申請書の研究実施計画に記した項目について，平成30年度は平成29年度と同様に順調に実施できたので，平成31年度は，引き続き，交付申請書の研究実施計画に記した項目について研究を推進する。
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