非接触レーザ励起振動付与による金属積層造形インプロセス残留応力低減法の開発

使用非接触激光激发振动应用开发金属增材制造过程中残余应力降低方法

基本信息

批准号：
22H01358
负责人：
宮下幸雄
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

金属材料の三次元積層造形で問題となっている残留応力の完全インプロセスでの低減法を開発する。残留応力の発生・低減メカニズムを解明し、残留応力低減による効果を疲労強度特性の向上として示す。そのため、「1. ツインレーザビーム積層造形装置の設計・試作と金属積層造形実験」、「2. 振動付与による残留応力低減法の検討」、「 3. 振動付与した造形物の疲労強度特性評価」を行う。今年度に得られた主な結果を以下にまとめる。1. ツインレーザビーム積層造形装置の設計・試作と金属積層造形実験；ワイヤー供給レーザーDED式金属積層造形機にナノ秒パルスレーザを取り付けるための装置の設計・試作を行った。レーザーアブレーションを発生させるためのナノ秒パルスレーザ発信器を選定し、金属積層造形機のレーザ加工ヘッドに取り付けるための光学系や装置を設計・製作した。ナノ秒パルスレーザ照射による振動の発生を確認できたため、次年度はナノ秒パルスレーザ照射による残留応力低減効果を実験により検証する。2. 振動付与による残留応力低減法の検討；ビデオカメラにより金属積層造形中の造形物を撮影し、その画像にDICを適用することで、プロセス中のひずみ分布の変化を捉えることに成功した。カメラの位置や倍率、照明、シールド等を調整し、ひずみ測定のために適切な撮影条件・方法を明らかにした。ベースプレートの影響や積層造形物自体の体積・剛性変化などにより、ひずみ分布が変化することがわかった。次年度は異なるプロセス条件での積層造形実験とともにX線残留応力測定や有限要素解析等もあわせて行い、残留応力発生メカニズムを明らかにする。３. 振動付与した造形物の疲労強度特性評価；疲労試験片を設計し、金属積層造形機により試作した。試験片を作製するためのプロセス条件の検討結果に基づき作製した試験片を用いて、次年度は疲労試験を行う。

我们将开发一种完全在线的方法来减少残余应力，这是金属材料三维增材制造中的一个问题。阐明残余应力的产生和减少机制，残余应力的减少效果将表现为疲劳强度特性的改善。因此，“1.双激光束增材制造设备的设计和原型设计以及金属增材制造实验”，“2.通过施加振动来降低残余应力的方法的研究”，以及“3.振动物体的疲劳强度特性的评估” 。“ 做。现将今年取得的主要成果总结如下。 1. 双激光束增材制造设备和金属增材制造实验的设计和原型设计；我们设计并原型设计了一种将纳秒脉冲激光器附加到送丝激光DED型金属增材制造机器上的装置。我们选择了纳秒脉冲激光振荡器来产生激光烧蚀，并设计和制造了光学系统和设备，将其连接到金属增材制造机器的激光加工头上。由于我们能够确认由于纳秒脉冲激光照射而发生振动，因此我们将在明年进行实验来验证纳秒脉冲激光照射的残余应力降低效果。 2. 通过施加振动来检查残余应力降低方法；通过使用摄像机拍摄金属增材制造过程中正在制造的物体并将 DIC 应用于图像，我们成功地捕获了过程中应变分布的变化。通过调整相机位置、放大倍数、照明、遮光罩等，明确了应变测量的合适成像条件和方法。研究发现，应变分布由于基板的影响以及增材制造物体本身体积和刚度的变化而发生变化。明年，我们将进行不同工艺条件下的增材制造实验，以及X射线残余应力测量和有限元分析，以阐明残余应力产生的机理。 3. 评估振动物体的疲劳强度特性；使用金属增材制造机器设计疲劳试件并制作原型。明年将使用根据试件制造工艺条件的检查结果准备的试件进行疲劳试验。