金属 3D プリンター モデルの残留応力と変形解析ツール

金属 3D プリンター モデルの残留応力と変形解析ツール
エムエスシーソフトウェア株式会社(本社:東京)は、金属3Dプリンターの残留応力や変形を計算するシミュレーションツール「Simufact AM」を開発していると発表した。対象はレーザービームで金属粉末を溶かして固める方式(パウダーベッド方式)の3Dプリンターです。シミュレーション ツールは 2016 年にも利用可能になる予定です。


△金属3Dプリンターの造形シミュレーション例。サポート部除去前の応力分布を示しています。

金属 3D プリンターが造形に失敗する理由は、主に 2 つあります。1 つは、すでに造形された部分が変形して膨らみ、新しい層を造形するためのスペースが不足することです。もう 1 つは、造形対象物が金属粉末を供給する機械に干渉することです。造形完了後、サポート部分を取り外したり、造形物を加工したりすると大きな変形が発生します。これらの変形の原因は、形状を製造する際に生じる歪みです。開発中のソフトウェアは、材料、熱源として使用されるレーザーの出力、およびスキャンパターンに基づいてこれらの歪みを計算します。

レーザービームの作用による金属粉末の溶融と凝固は、極めて局所的かつ瞬間的な現象です。例えば、半径数十μm、深さ100μm未満の小さな領域では、数ミリ秒という短時間で温度が融点以上に上昇し、0.1秒後には100℃以下に下がります。 MSCは約1年前から、物体の全体形状を対象として、上記現象に伴うひずみを蓄積し、残留応力や変形を計算するアルゴリズムの開発に着手した。この方法では、熱解析と構造解析を連携させる方法よりも計算時間が大幅に短縮されます。

MSCでは、非線形構造解析ツール「Marc」をベースに上記アルゴリズムを搭載した試作ソフトを製作しており、ここで得られた経験を米国MSC Software社の加工シミュレーションツール「Simufact」の開発チームと共有し、現在両者で共同で開発を進めています。

プリンター、変形、金属

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