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

ポーランドの病院が3Dプリントしたチタン製人工股関節を患者に移植することに成功

[分析] 3Dプリントチタンおよびチタン合金の顎欠損の修復への応用

「赤い文化遺産」をスキャンして栄光の時代を称える | 3Dデジタル化は文化遺産の保護と普及に役立ちます

南オーストラリア州、28校に教育用3Dプリンターを提供

スウェーデンの企業Stilrideは、3DプリントソフトウェアのスタートアップADAXISと提携し、STILFOLDテクノロジーを進化させています。

eSUN、約54%の軽量化を実現したTPU軽量（TPU-LW）3Dプリントフィラメントを発売

2023 AMS スピーカースポットライト: カーペンターが世界の金属 3D プリント工場の粉末製造能力を増強

3Dドリームタウン2号店がオープン。Xinlin 3Dのオフライン店舗モデルは儲かるのか？

3Dプリンティング起業家精神とイノベーションサミットフォーラムのライブ放送

ルノー・トラックは3Dプリントを使用して、より軽量で効率的なエンジンを製造しています

推薦する

お金持ちの人達、早く来てください！ 1650元の3Dプリントチタン中空万年筆

科学者らが光の閃光と組み合わせた3Dプリント回路の新手法を開発

カリアーセンター：補聴器の耳型を 1,200 個以上 3D プリント

3Dプリント携帯電話が発売：優れた柔軟性と優れた外観

バイオファブリケーション: 内因性の in vitro 結合組織製造への新しいアプローチとしてのヒト皮膚微小組織前駆細胞のバイオプリンティング...

佳利創のIPO審査状況は「調査中」に回復、2024年上半期の利益は4億7800万元

DESKTOP METALはバインダージェット3Dプリントに4140鋼を使用

リアンタイテクノロジーは矯正歯科業界をリードし、スーパー3DプリンターD800をカスタマイズしています

金属3Dプリント整形医療製品の売上高は3344万を超え、愛康の売上高は3億7000万、粗利益は2億6000万

積層造形技術は航空機エンジンへの負担をどのように軽減するのでしょうか?

Yuanzhu インテリジェント 3D プリンティングは、ASMPT のコスト削減と効率向上にどのように役立ちますか?

複数のレーザーをシームレスに接続する大規模な粉末床レーザー溶融装置はどのように機能するのでしょうか?

科学研究開発用に設計された西安智栄は、新しい溶融電子ビーム金属積層造形システムZCompleX1を発売しました。

3Dプリントの効率と品質を向上させる積層造形における重要なブレークスルー

3D プリント治具業界の競争、PEEK および高性能材料の付加製造