LLNLの研究者はX線画像を使用して金属3Dプリント部品の欠陥を研究する

2019年6月25日、Antarctic Bearは海外メディアから、米国の科学者チームがX線画像技術を使用してSLMレーザー溶融3Dプリント金属部品を研究し、金属3Dプリント部品の欠陥の原因を特定し、これらの欠陥を軽減する方法を模索していることを知りました。

この研究に参加しているチームには、ローレンス・リバモア国立研究所 (LLNL)、SLAC 国立加速器研究所 (SLAC)、エイムズ研究所が含まれています。

このプロジェクトを実行するために、LLNL の研究者 Nick Calta 氏と彼のチームは、X 線画像を使用して金属 3D 印刷プロセスを検出できるポータブル診断機器を設計しました。この機械は最終的に、研究者が金属付加製造プロセスに関する新たな知見を得るのに役立ちました。「診断の大部分は可視光を使用していますが、それは部品の表面を分析することに限られています」とカルタ氏は言います。「プロセスを本当に理解し、欠陥の原因を知りたい場合は、部品の内部を見る必要がありますが、この機器はそれに役立ちます。」

ポータブル診断機は、レーザー粉末床溶融プロセス中に溶融プールを観察および調査するために特別に設計されています。溶融プールは、レーザーが金属粉末と接触して融合し、3D プリント部品を形成する層を作成する領域です。機器が意図したとおりに動作することを確認するために、LLNL チームはそれを SLAC に輸送する必要がありました。その後、高エネルギーX線研究用のサンプルを準備するために必要なSLACの「シンクロトロン」が設置されました。

研究者たちはこの機械を使って、地表下の溶融池の動態を観察することに成功した。この研究は、画像とX線回折を組み合わせた有用なデータを提供し、研究者が部品の強度を決定する重要な要素であるレーザー粉末床溶融プロセス中に金属がどのように凝固するかを観察し、理解するのに役立ちました。

「これまでの成果は非常に重要です」とカルタ氏は語った。「今後も機器の最適化を続け、さまざまな材料システムに適用していきたいと考えています。光学データに基づくデータは既にたくさんあり、このデータを活用してさらに発展させ、補完していくことができます。」

LLNLの物理学者イボ・マシューズ氏は、溶融池の層形成過程とX線画像を観察することで、これまでの予測が確認されたと述べた。これらは、レーザーの経路、熱の蓄積、およびレーザーによって生成される空気の流れを予測します。これらの空気の流れにより、印刷された部品に孔などの欠陥が生じ、ストレスがかかったときに部品に亀裂が生じる可能性があります。研究者らは、モデリングと詳細な実験を通じて欠陥に関する知識を蓄積することで、金属3Dプリントの改善と信頼性の向上を加速できる可能性があると述べている。

研究はまだ初期段階だが、研究者らはすぐに気孔の形成をマッピングし、冷却速度に関する情報の決定を開始したとカルタ氏は語った。この研究は、X線画像診断機器を活用し、レーザー溶融プロセスの理解を深め、さまざまな業界で金属3Dプリンティングへの関心を高めることが期待されています。

「溶融池の構造と、造形プロセス中にどのような問題が発生する可能性があるかに関する情報を得ています」とマシューズ氏は言います。「溶融池を加熱するレーザーによって生成されるガスの流れによって、欠陥や気孔が発生する可能性があります。これらの気孔欠陥によって集中的な応力が生じ、部品の機械的特性が損なわれる可能性があります。」

出典: 3dprintingindustry

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