NIST は金属 3D 印刷プロセスをリアルタイムで監視する付加製造計測テストプラットフォームを開発

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-7-18 09:22 に最後に編集されました。

Antarctic Bear によると、米国国立標準技術研究所 (NIST) は、金属 3D 印刷技術を最適化できるカスタマイズされた 3D プリンター、Additive Manufacturing Metrology Test Platform (AMMT) の開発とテストを行っています。このプリンターにより、研究者は印刷プロセスを完全に制御できるようになり、詳細な研究をリアルタイムで実施できるようになります。この研究は、金属 3D プリント用の新しい監視および計測ツールの開発に役立ちます。

製造分野における 3D プリント技術の大幅な進歩により、生産プロセスで多数の欠陥が発生しています。たとえば、金属 3D プリント部品では、印刷層に小さな隙間があることが多く、これにより応力が蓄積され、印刷された構造のパフォーマンスが低下し、最終的には反りやひび割れの問題が発生します。この目的のため、NIST エンジニアリング研究所と物理計測研究所は協力して AMMT を開発し、金属付加製造における増大する品質管理の問題に対処することを目指しました。

NIST の研究者は、溶融金属の温度や応力の軽減方法など、3D 印刷プロセスに関する基本的な情報を収集することで、3D プリンターのユーザーがデバイス内部で何が起こっているかを詳細に理解できる適切なセンサーを特定できるよう支援できます。積層造形の世界では、すでにセンサーや監視システムが 3D プリンターに組み込まれており、NIST は溶融金属の温度を正確に測定する必要がある方法向けに、同様の機能を備えたプラットフォームを開発したいと考えています。

AMMT は従来の金属 3D プリンターのように動作し、レーザーを使用して金属粉末を溶かし、部品の形状を層ごとに印刷します。違いは、AMMT 印刷プロセスは完全にオープンであり、リアルタイムで変更できることです。レーザーは 10kHz (10 マイクロ秒ごとに 1 回) の速度で制御できます。これにより、研究者はプロセスに関するより厳密なフィードバックループを取得できるようになり、何が問題だったのか、どうすれば改善できるのかをより明確に理解できるようになります。

現在、AMMT はチタン、コバルトクロム合金、ニッケル合金という 3 種類の一般的な金属粉末を溶かすことができます。 3D プリントにおけるほとんどの問題は、金属が再凝固する前に粉末が溶けたときに発生するため、NIST チームは金属を溶かすのにどのくらいの熱が必要かを正確に測定することにしました。これを行う最良の方法は、「溶融池」から反射される光の特性を測定することです。液体金属が熱くなると光の色が変化し、さまざまな波長での明るさに関する情報を取得することで、3D プリントされた物体の温度がどのように変化するかを判断するのに役立ちます。

研究者によると、温度センサーはほとんどの 3D プリンターユーザーが印刷プロセスを最適化するのに十分な情報を提供しますが、NSIT 研究チームの目標は絶対温度測定値を取得し、最終的には包括的な表面温度マップを取得することでした。現在、研究者は特殊な色消しレンズを備えたカメラを使用して、長波長の一部における明るさを測定していますが、温度が高い青色可視光の短波長の測定には、別のアプローチが必要です。この目的のため、研究者らは今後1年半にわたり、TEMPS（溶融物、粉末、固体の温度と放射強度）と呼ばれる新しいセンサーシステムの開発に取り組む予定です。このシステムには複数の分光計と半球形反射計が含まれており、研究者らはTEMPSシステムを使用することで波長範囲を3倍に増幅および拡張できると述べている。この計測技術が進歩するにつれて、他の種類の金属粉末を測定できるセンサーも開発される可能性があります。
最終的には、NIST の測定技術は 3D プリント以外にも応用できる可能性があります。その技術は、極超音速航空機の翼端など、極端な熱変化を受けるあらゆる固体材料の観察に応用できるからです。 NIST の調査によると、3D プリント技術の使用は製造業に変化をもたらすだけでなく、さまざまな分野で貴重な研究を促進することもできるそうです。
出典：中国国防科学技術情報ネットワーク（北京）

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