金属積層造形の各種造形割れ評価法と割れ制御造形条件の確立

金属增材制造各种建模裂纹评估方法和裂纹控制打印条件的建立

• 批准号: 22K03853
• 负责人: 千葉 浩行
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03853/
• 关键词: 金属積層造形; Additive Manufacturing; 割れ; crack; 凝固割れ; 熱間割れ; 造形割れ

金属積層造形において、しばし造形割れが発生している報告がなされている。割れは、内部欠陥の中でも機械的性質を著しく低下させる欠陥の一つであり、発生抑制対策が重要である。しかし、造形割れは様々あるが、その分類や現象把握および支配因子について、系統的研究は行われておらず、従来の製造プロセスでの割れ発生に対する知見から割れ発生現象を予測しているにとどまっている。そのため、金属積層造形における各種割れの支配因子は把握できておらず、造形割れに有効な対策が行われていない。そこで本研究では、造形時の熱応力、ひずみを測定し、かつ能動的に造形中の応力状態を変更可能な造形割れ評価装置を開発し、各種造形割れの発生メカニズムの解明と金属積層造形特有の割れの支配因子の有無を明らかにすると共に、造形割れ耐性の高い造形方法を確立することを目指す。1年目では、造形時の熱応力、ひずみを測定し、かつ能動的に造形中の応力状態を変更可能な造形割れ評価装置開発を行った。装置開発のテストでは、造形のためのレーザー照射時に無負荷あるいは引張荷重を付与した状態にて検証を行った。その結果、造形時に発生する応力緩和や発生ひずみについて、測定が可能となった。また、造形時レーザー照射による自発光を用いた温度計測の実施し、温度データも取得した。また、これらの値がレーザー条件により変化することも示唆された。さらに、高速度カメラの映像から、レーザー条件により、割れ発生タイミングや割れが発生する位置に違いも見られた。これらについての原因については、2年目以降にデータの取得と共に解析を実施していく。

有报道称，金属增材制造中经常出现制造裂纹。裂纹是显着劣化机械性能的内部缺陷之一，采取措施防止其发生非常重要。然而，尽管存在多种类型的裂纹建模，但尚未对其分类、现象理解或控制因素进行系统研究，并且仅根据传统制造工艺中的裂纹知识对裂纹现象进行预测。因此，人们对金属增材制造中各类裂纹的控制因素尚不清楚，也没有采取有效的对策来防止建模裂纹。因此，在本研究中，我们开发了一种制造裂纹评估装置，可以测量制造过程中的热应力和应变，并主动改变制造过程中的应力状态，除了明确各种制造裂纹的存在与否之外，还可以阐明各种制造裂纹的发生机制。根据控制裂纹的因素，我们的目标是建立一种具有高抗建模裂纹能力的建模方法。第一年，我们开发了模具裂纹评估装置，可以测量成型过程中的热应力和应变，并主动改变成型过程中的应力状态。在设备开发测试中，在激光照射建模期间在无负载或施加拉伸负载的情况下进行验证。因此，可以测量建模过程中发生的应力松弛和应变。此外，利用建模时激光照射产生的自发光进行温度测量，也获得了温度数据。还建议这些值根据激光条件而变化。此外，高速相机图像显示，根据激光条件的不同，裂纹的时间和位置也存在差异。我们将从第二年开始收集数据并分析这些问题的原因。