Development of infiltration theory and data-driven process to realize melt-infiltration additive manufacturing

开发渗透理论和数据驱动流程以实现熔体渗透增材制造

基本信息

批准号：
22K18285
负责人：
小橋真
金额：
$ 15.64万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、新しい積層造形方式として、Melt Infiltration：MI(溶湯浸透)プロセスを提唱し、MI法による粉末固化のダイナミクス理解を通じて積層造形方式としてのポテンシャルを明らかにすることに取り組んでいる。本研究の目的は、(1) MI方式に必要な学理体系化、(2) データ駆動型プロセス設計方法論を確立することであり、2022年度は以下のことを実施した。1) 浸透寄与因子の高次定量化：浸透現象には、プリフォームの多孔質構造が大きく寄与することを明らかにした。樹脂容器内に自然充填したチタン粉末プリフォームをマイクロフォーカスX線CTにより撮影した。粉末形状因子、プリフォーム空間構造を3D画像解析ソフト（VGSTUDIO粉体解析オプション）を用いて計測した。また、X線CTを用いることにより、断面からは観察されなかった残留気孔の存在を明らかにした。残留気孔の形成場所や形成過程を解明するための研究を継続して実施する。2) MI法によるチタン/マグネシウム複合材料の材料特性評価：MI法によるチタン/マグネシウム複合材料の耐環境性能をケルビンプローブフォース顕微鏡による表界面電位差計）で評価可能であるかを検討した。その結果、表面電位差計測は可能であり、さらに、想定していたような大きい界面電位差を示すこともわかった。これにより、界面を起点とする腐食現象に注意が必要であることが明らかになった。今後、界面反応層を意図的に形成し、それが界面電位差に及ぼす影響を調査していく。3) 浸透現象の理論解析とデジタルツインデータの構築： VG-STUDIO毛管圧力オプションを用い、流束Q、浸透圧力ΔPなどを計算した。X線CT画像を用いて計算が可能であることが確認できた。今後は、浸透その場観察と本項の解析結果を照合し、高精度な解析モデル・境界条件を決定していく。

在这项研究中，我们提出熔融渗透（MI）工艺作为一种新的增材制造方法，并致力于通过使用 MI 方法了解粉末凝固的动力学来阐明增材制造方法的潜力。本研究的目的是 (1) 将 MI 方法所需的原则系统化，以及 (2) 建立数据驱动的流程设计方法。在 2022 财年，我们进行了以下工作。 1）渗透影响因素的高水平量化：研究表明，预成型件的多孔结构对渗透现象有很大影响。使用微焦点 X 射线 CT 对自然填充到树脂容器中的钛粉末预制件进行拍照。使用 3D 图像分析软件（VGSTUDIO 粉末分析选项）测量粉末形状系数和预成型件空间结构。此外，通过使用X射线CT，我们发现了横截面中未观察到的残留孔隙的存在。我们将继续开展研究，阐明残余孔隙的位置和形成过程。 2）采用MI法评价钛/镁复合材料的材料性能：我们研究了是否可以使用开尔文探针力显微镜（表面界面电位计）评价采用MI法的钛/镁复合材料的耐环境性能。结果发现，可以测量表面电位差，并且界面电位差与预期一样大。这表明有必要关注源自界面的腐蚀现象。未来，我们将有意形成界面反应层并研究其对界面电位差的影响。 3）渗透现象的理论分析和数字孪生数据的构建：使用VG-STUDIO毛细管压力选项计算通量Q、渗透压ΔP等。我们确认可以使用 X 射线 CT 图像进行计算。今后，我们将把现场渗透观测与本节的分析结果进行比较，以确定高精度的分析模型和边界条件。