積層造形イノベーション機構が5つの積層造形ターゲットプロジェクトの受賞を発表

出典: 防衛製造

5月15日、米国国立付加製造技術革新庁のウェブサイトによると、米国防総省と国防長官室の製造産業基盤政策局（OSD/MIBP）が空軍研究所（AFRL）を通じて資金提供している「迅速認定のための先進ツール（ATRQ）」を対象とするプロジェクトが5つのプロジェクトチームに授与され、約390万ドルの資金が提供されることになった。プロジェクトチームは少なくとも195万ドルのマッチング資金を提供し、プロジェクト資金の総額は約590万ドルとなる。

5 つのプロジェクトは、腐食によるレーザー粉末床溶融結合 (LPBF) 部品の欠陥や故障、および過酷な環境によるポリマー部品の劣化を特定して解決することに重点を置いています。プロジェクト研究を通じて、欠陥、故障、コンポーネントのパフォーマンス低下の根本原因を理解し、コンポーネントの設計と製造プロセスを大幅に改善することができます。プロジェクトは2019年6月に開始される予定です。

最初のプロジェクトは、ノースロップ・グラマン・システムズとデイトン大学研究所（UDRI）の共同プロジェクトであり、 AlSi10Mgアルミニウム合金粉末のレーザー粉末床溶融結合（LPBF）を使用して製造された部品の腐食メカニズムをより深く理解することを目的としています。現在、AlSi10Mg およびその他の合金のレーザー粉末床溶融は、製造されるワークピースの粗さ、表面の多孔性、保護膜の存在、および溶融プールの凝固プロセスに依存する、積層造形特有の腐食特性を示します。この独特な腐食挙動は完全には理解されておらず、潜在的に腐食性のある環境で稼働する重要な防衛システムに LPBF コンポーネントを採用する上での障壁となっていました。特に興味深い部品ファミリには、液体冷却プレート、熱交換器、航空機の外装部品などがあります。このプロジェクトでは、これらの部品ファミリを研究基盤として使用し、材料、プロセス、後処理、環境を腐食挙動に結び付けて、LPBF AlSi10Mg 腐食に関連するプロセスガイドラインを開発します。

2 番目のプロジェクトは、ウィチタ州立大学の国立航空研究所 (NIAR) が主導し、オーバーン大学、エジソン溶接研究所 (EWI)、ラピッドプロトタイピング + マニュファクチャリング LLC (rp+m)、米国材料試験協会 (ASTM) の付加製造における卓越センターが参加します。このプロジェクトでは、戦場の過酷で厳しい環境における付加製造ポリマー材料の性能限界と劣化に焦点を当て、付加製造ポリマー部品の耐用年数を定量的に評価する方法を開発して、付加製造ポリマー部品の耐用年数を定量化します。積層造形のレイヤーごとの検証、およびプロセスシミュレーションと仮想許容値による物理テストの排除は、依然として達成が困難です。したがって、このプロジェクトでは、これまでの経験、文書、方法を基に、将来的に複数の材料システム（UTLEM™ 9085 を含む）とプロセスに飛躍的な進歩をもたらす一連の認定ツールを開発し、レイヤーごとの検証という目標を達成し、最終的には積層造形部品の性能制限と劣化を軽減するのに役立ちます。

3 番目のプロジェクトは 3D Systems が主導し、ニューポートニューズシップビルディング (NNS)、アクロン大学、ノースラップグラマンイノベーションサービス (NGIS) が参加します。このプロジェクトでは、海水冷却チャネルから熱交換器やバルブに至るまで、国防総省の兵器システム、具体的には米海軍の船舶部品の超合金部品における海水腐食を最小限に抑えるために、付加製造されたニッケルベース合金 625 の腐食性能設計ガイドを開発します。さらに、地上、海上、空中から発射される高速弾の部品は、海洋環境内またはその付近に保管されると腐食しやすくなります。金属 AM のサプライチェーンへの統合が加速するにつれて、産業界は AM 部品の腐食に対する感受性と、それに伴う後処理の影響を理解する必要があります。この研究は、製造プロセスを最適化するための設計ガイドラインの基礎となり、腐食防止に加えて部品の設計と製造における腐食の問題を考慮します。

4 番目のプロジェクトはオハイオ州立大学が主導し、ロールス・ロイス、ロッキード・マーティン・エアロノーティクス、プロト・プレシジョン・アディティブ、BlueQuartz Software が参加します。このプロジェクトの目的は、積層造形、特にレーザー粉末ベッド溶融結合（LPBF）プロセスにおける欠陥によって引き起こされる認定障壁とその欠陥がパフォーマンスに与える影響を研究し、開発することです。欠陥の影響 (EoD) を根本的に理解するには、代表的な欠陥を制御可能な方法で生成し、欠陥が材料特性に与える影響と、その後の検出確率 (PoD) を定量的に研究できる必要があります。プロジェクトチームは、技術データパッケージとソフトウェアツールセットを提供することで、関係するコンポーネントの形状に複数の種類の制御可能な代表的な欠陥を生成する方法論を開発します。

5 番目のプロジェクトは、ペンシルベニア州立大学の応用研究研究所が主導し、3D Systems、Northrop Grumman、Applied Optimization が参加しています。このプロジェクトの目的は、チタン合金 (Ti-6Al-4V) のレーザー粉末床溶融プロセス中に発生する典型的な欠陥の生成と特性評価の方法を開発し、検証することです。具体的には、このプロジェクトでは、特定の相互作用とプロセスの変更を通じて、機械加工中の欠陥を再現します。これらには、レーザー粉末床溶融結合プロセスで発見された溶融不足や球状多孔性欠陥が含まれ、高品質の高密度部品の製造に影響を与え、特性と性能を低下させる可能性があります。事前に定義された場所で生成された特定の欠陥形態 (サイズ、形状、方向など) を検証することにより、積層造形設計、プロセス、コンポーネントを特性評価するためのフレームワークが作成され、レーザー粉末ベッド融合プロセスにおける欠陥の影響についての理解を大幅に進めるために必要なツールが提供されます。このプロジェクトにより、欠陥の特徴に基づいて材料の性能を制御された体系的に評価することも可能になり、部品内の欠陥の形態と場所に一定の制限を設けるための信頼性の高いモデルベースのガイダンスを確立することもできます。

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