多層マルチトラックレーザー積層造形における再溶融による微細構造形成への影響

出典: 高エネルギービーム加工技術と応用

インド工科大学ブバネーシュワル校の A. Swain 氏らは、国際誌 Transactions of the Indian Institute of Metals に「多層およびマルチトラックレーザー積層造形における微細構造形成に対する再溶融の影響」と題する論文を発表しました。

レーザー粉末床溶融 (LPBF) または選択的レーザー溶融 (SLM) は、レーザーを使用して金属または合金の粉末床を層ごとにスキャンし、材料を溶かして固め、最終的に複雑な 3 次元構造を構築する付加製造技術です。このプロセスは設計の自由度が極めて高く、従来の加工方法では実現が困難な複雑な部品の製造も可能なため、航空宇宙、医療、自動車などのハイエンド製造分野で広く利用されています。しかし、多層レーザー溶融プロセスでは、各層が前の層を溶融および再溶融するため、最終的な微細構造は、局所的な温度勾配、冷却速度、材料輸送、溶融および再凝固などの要因の影響を受けます。再溶解は、材料の結晶構造、結晶粒径、および全体的な機械的特性に影響を与える上で重要な役割を果たします。

論文概要<br /> 本論文では、多層およびマルチパスレーザー積層造形中の再溶融が微細構造形成に与える影響を数値モデル化によって研究します。このモデルは、Al-10% Cu 合金の溶融プールの進化、材料輸送、結晶粒の核形成および成長をシミュレートし、再溶融がさまざまな層の厚さとトラック間隔での結晶粒構造にどのように影響するかに焦点を当てています。研究では、再溶融により結晶密度が増加し、特に層の厚さが薄い場合は結晶粒の成長がより顕著になり、層の厚さが厚い場合は再溶融が減少し、結晶粒の成長が少なくなることが示されました。横方向のシミュレーションでは、異なるトラック間隔条件下での結晶構造の変化が示されています。トラック間隔が狭いほど柱状結晶が多くなり、トラック間隔が大きいほど等軸結晶が多くなります。提案されたモデルの予測は実験データと一致しており、層の厚さとトラック間隔の変化に応じて再溶融が最終的な微細構造に大きな影響を与えることを示しており、このモデルはレーザー積層造形プロセスを最適化するための重要な参考資料となります。

図 1 と 2 は、それぞれ縦方向と横方向の溶融池の形状、Cu 濃度、および微細構造を示しています。図 1a と 2a は、溶融プロセス中の液体分率プロファイルを示しています。これら 2 つの図から溶融池の形状を観察できます。図 1b および 2b は、凝固領域における Cu 濃度の等高線と偏析パターンを示しています。図 1c および 2c は、粒子構造を表すために使用される粒子番号の等高線を示しています。

図 1. t = 8.4 ms における縦面のシミュレーション結果: a 溶融池の形状、b Cu 濃度の等高線、c 微細構造。
図 2. t = 2.67 ms での横断面シミュレーション結果: a 溶融池の形状、b Cu 濃度の等高線、c 微細構造。
図 3 は、0.24 mm および 0.08 mm の層厚の濃度コンターと微細構造を示しています。層厚が厚くなると再溶融が少なくなるため、各層で同様の濃度パターンが見られます。 2 番目の層は、最初の層と比較して、より大きな粒子の核形成と成長を示しています。対照的に、層の厚さが薄い場合は、再溶融がかなり発生します。最初の層の粒子は再溶融され、その後、2 番目の層の凝固中に成長し、両方の層に連続した柱状の粒子が形成されます。

図3. 完全凝固後（t = 12 ms）の層厚0.24 mm（a、b）および0.08 mm（c、d）の濃度プロファイルと微細構造。
再溶融領域における濃度と粒子密度の変化は、図 4 に示すように、異なる層厚値に対する濃度と粒子密度のスケール標準偏差 (SSD) をプロットすることによって比較されます。

図4. 再溶融領域における層厚がa SSDとb 粒子密度に与える影響。
この論文で提案された数値モデルは、多層およびマルチパスレーザー溶融中の溶融プールの進化と微細構造の形成を正確に予測します。再溶融は、粒子密度と微細構造の形成に重要な役割を果たします。層の厚さとトラック間隔が小さいと、再溶融の度合いが大幅に増加し、最終的な微細構造と材料特性に影響を与えます。これらの研究結果は、レーザー積層造形プロセスの最適化に重要な理論的裏付けを提供し、将来的にはより複雑なレーザー溶融プロセスをさらに研究することができます。

論文リンク:
https://doi.org/10.1007/s12666-023-03213-8

多層マルチトラックレーザー積層造形における再溶融による微細構造形成への影響

新華社インタビュー：クールイーグルテクノロジーの3Dプリント風景シートが都市公園に優雅さを加える

お知らせ：3Dプリント医療機器グループ標準処方カテゴリ登録の第1バッチ

ORNLとミシシッピ州立大学が協力し、大型ハイブリッド積層造形プロジェクトを推進

技術革新を強力に推進します！ eSUN武漢R＆Dセンタービル改修プロジェクト開始

3D プリント技術を使用してデザインを処理する場合、どのような要素を考慮する必要がありますか?

3D プリントされたドリルビットホルダーにより、フロントガラスの修理が簡単になります。

いいね！ 129個のパーツからなる3Dプリントロボットモデル

eSUNは多くの新製品を発売しました！ 8月のプロモーションはまもなく開始されます

サンデ・トライブの3Dプリントが脊柱後弯症矯正手術の術前計画を支援

Scrona、高精度産業製造向けGEN3プリントヘッドプラットフォームを発表

推薦する

ドイツ製の3Dプリントメガネがドイツデザイン賞を受賞

ORTUR、カラーマーキング機能を備えた新型20Wレーザー彫刻機を発売

3Dプリントに基づく高速鋳造ソリューション

ワッカーケミカルズが米国にシリコン3Dプリントラボを開設

コスト削減と飛行効率の向上！研究者は4D複合印刷を利用してドローンの翼を改良する

深セン雲図創志の消費者向け3Dプリンター生産ラインが公開

日本のガス会社TNSCが複数の金属機械を備えた新しい3Dプリント研究所を開設

最先端の3Dバイオプリンティングが血管疾患研究をさらに拡大

オムニテック、産業用PC/PA専用3Dプリンタ「シードユーザー募集プラン」を発表

Linux システムで 3D 設計ソフトウェア Fusion 360 を実行するにはどうすればいいですか?

液滴プリントヘッドによる 3D 印刷ハイドロゲルバイオインクの最新研究

Chuangxiang 3DとBASF Forward AMの協力の調印式とSermoon D3新製品の発表が成功裏に終了

ハーバード大学 | ゼラチン繊維が3Dプリントされた心室の心筋細胞の配置を誘導

CRP Technologies は、複合 3D プリント部品の品質を向上させる新しい蒸気平滑化後処理プロセスを導入しました。

ロシアの研究チームが3Dプリント弾丸のテストに成功