金属積層造形における最近の進歩のレビュー:マイルストーン、トレンド、課題、展望

金属積層造形における最近の進歩のレビュー:マイルストーン、トレンド、課題、展望
出典: 揚子江デルタG60レーザーアライアンス

インドの研究者らが金属付加製造における最新の進歩、マイルストーン、傾向、課題、展望を検討したと報告されています。関連研究は、「金属付加製造に関する最先端のレビュー:マイルストーン、トレンド、課題、展望」というタイトルで、ブラジル機械科学工学協会誌に掲載されました。



この論文では、金属積層造形(MAM)について包括的にレビューします。 MAM プロセスは、従来の製造プロセスと比較して、設計の自由度、構造の最適化、廃棄物がほとんどない生産、複雑な構造の製造など、非常に優れた機能と利点を備えており、将来の産業製造システムにおいて大きな可能性を秘めた技術です。このレビュー論文では、粉末床溶融結合、指向性エネルギー堆積、シート積層、金属バインダー噴射、材料押し出しなどのさまざまな技術に分類して、MAM の包括的な分析を示します。さらに、この論文では、従来の金属や合金、新興の新材料など、MAM で使用されるさまざまな材料についても研究しています。この論文では、処理パラメータ、凝固、冶金メカニズム、微細構造の進化、機械的特性などの冶金的側面を詳細に検討しています。さらに、この論文では、これらの技術を導入する際に業界が直面する主な課題と、最近報告された解決策のいくつかについても簡単に紹介しています。最後に、これらのテクノロジーの方向性に沿ったいくつかの重要な将来の傾向と現在の開発活動についてレビューします。要約すると、この論文では、MAM の分類、材料、冶金学的側面、課題、将来の傾向、開発の機会など、MAM に関する重要な知識がいくつか提供されています。

図1 MAM技術の分類


図2 PBFに基づくMAM技術の概略図:a SLS、b SLM、c EBM



図3 DEDベースのMAM技術の概略図:a LENS、b LFF、c WAAM、d EBFF



図4 SLベースのMAM技術の概略図:a LOM、b UCまたはUAM、c FSAM


図5 金属積層造形における課題


図6 a 金属ステレオリソグラフィーシステムの概略図、b MFCAMプロセスの概略図


図7 部品補強プロセスブラケットの設計プロセスの概略図


図 8. 部品製造のための適切な長さスケールでのさまざまなモデリングおよびシミュレーション ツールの統合アプローチ。


図9 MAMにおける機械学習と人工知能の統合の視覚化

金属積層造形(MAM)は、製造業界に革命を起こす大きな可能性を秘めた革新的で変革的な技術です。この包括的なレビュー論文では、金属 AM の分類、材料、冶金学的側面、課題、将来の傾向など、金属 AM のさまざまな側面を科学的に調査しています。研究者たちは、既存の文献を徹底的に研究した結果、現代の製造業における MAM の広範な重要性と影響を強調するいくつかの重要な発見を発見しました。

このレビューでは、鋼、アルミニウムベースの合金、チタンベースの合金、ニッケルベースの合金、コバルトベースの合金などの一般的な金属や合金を含む、MAM で使用されるさまざまな材料について説明します。さらに、金属マトリックス複合材料 (MMC)、高エントロピー合金 (HEA)、バルク金属ガラス (BMG)、形状記憶合金 (SMA) などの新しい材料や合金の可能性も調査されています。この幅広い材料により、カスタマイズされた特性を持つ部品の製造が可能になり、複雑な設計と優れた性能が実現します。このレビューでは、MAM の冶金学的側面に焦点を当てており、これには処理パラメータ変数の影響、凝固の複雑さ、基礎となる冶金メカニズム、およびそれに続く微細構造と機械的特性の進化が含まれます。これらの調査結果は、望ましい微細構造と機械的特性を得るために、レーザー出力、スキャン速度、層の厚さなどの処理パラメータを正確に制御することの重要性を浮き彫りにしています。これらの洞察はプロセスの最適化への道を開き、一貫性と信頼性の高いパフォーマンスを備えた付加部品の生産を保証します。 MAM には大きな可能性がありますが、このレビューで説明したように、いくつかの課題が残っています。これらの課題には、材料範囲の制限、後処理要件、製造量の制限、微細構造と機械的特性の異方性、大規模生産能力、複数材料の堆積、標準化の問題、繰り返し性と再現性の問題が含まれます。これらの課題を解決するには、研究者、業界の専門家、政策立案者間の協力により、MAM の可能性を最大限に引き出し、あらゆる分野での広範な応用を促進する必要があります。このレビューでは、MAM の将来の傾向と発展について検討します。これらの傾向と発展には、プロセス技術の進歩、新素材の探索と利用、部品統合による積層造形設計 (DfAM) 原理の統合、積層造形プロセスとサブトラクティブ製造プロセスのハイブリッド化、自動化後処理技術の出現、堆積速度の向上の追求、堅牢な品質管理手段の確立、プロセス最適化のためのモデリングとシミュレーションの活用、積層造形分野への機械学習と人工知能の統合などが含まれます。こうした将来の動向により、MAM の機能と用途がさらに強化され、製造業界に真の革命をもたらすことが期待されます。

最後に、このレビュー論文では、厳密な科学的姿勢と創造的な洞察の両方をもって MAM の世界を探求します。この調査結果は、特に複雑でカスタマイズされた高性能コンポーネントの製造における MAM の変革の可能性を浮き彫りにしています。 MAM の力を最大限に発揮するには、研究者、業界の専門家、政策立案者が協力する必要があります。 MAM の広範な応用は、既存の課題を克服し、新しい材料とプロセスを探求し、堅牢な標準とガイドラインを確立することによって実現できます。機械学習と人工知能の統合により、MAM の機能がさらに強化され、インテリジェントなプロセス最適化と品質管理機能を実現できるようになります。研究者が MAM の道を歩み始めると、未来には無限の可能性があり、製造業界が再編され、研究者はイノベーションと生産性の新しい時代へと進むことになります。


論文リンク:

Badoniya, P., Srivastava, M., Jain, PKet al. 金属積層造形に関する最新レビュー:マイルストーン、トレンド、課題、展望。J Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 46, 339 (2024). https://doi.org/10.1007/s40430-024-04917-8

金属、MAM、合金

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