Development of the production target made of tungsten by a 3D printer

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K03609
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: Watanabe Hiroaki 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (00415043)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ２次粒子生成標的 / 純タングステン / 金属3Dプリンタ / 積層造形

Outline of Final Research Achievements

We have evaluated pure-tungsten specimens made by a metal 3-D printer (adaptive manufacturing, AM), which is Selective-Laser-Melting Power-Bed-Fusion type, for the secondary-particle production target. Mechanical strengths and thermal physical properties of the specimens were measured; however, these properties were low compared to conventional pure tungsten. Thus, the pure tungsten made by the AM with the current manufacturing condition is difficult to be adapted to the target material. On the other hand, a shaping capability was also tested assuming a realistic target shape; and confirmed to be accurate enough for the target application.

Free Research Field

素粒子物理実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

純タングステン材は、高融点であることから耐熱素材の１つとして広く使用されているが、機械加工は極めて難しい素材であり、形状・サイズともに大きな制約がある。金属3Dプリンタ(積層造形)により複雑な形状が一体で造形可能となれば、加速器施設における粒子生成標的の大強度化へつながるだけでなく、コリメータや遮蔽材など多くの有用な応用に結び付くものと考えられる。本研究では、最も普及している方式の金属3Dプリンタで、造形能力の評価をするとともに、これまで十分に明らかでなかった機械強度や熱物性データなどを示すことができた点は特に重要な成果であったと考えている。