「ネイチャー」サブジャーナル: その場中性子回折により、3D プリントにおける制御された歪みの進化のメカニズムが明らかに!

出典: Additive Online

残留応力は、ほとんどの製造製品の性能と信頼性に影響を及ぼし、鋳造、溶接、積層造形（AM、3D プリント）でよく見られます。残留応力は、過渡的な熱応力によって生成される塑性ひずみ勾配に関連しています。積層造形における複雑な熱条件により、同様に複雑な残留応力パターンが生じる可能性があります。しかし、従来の技術では、プロセスが応力の進化に与える影響をリアルタイムで測定することはできません。

最近、米国のオークリッジ国立研究所とテネシー大学ノックスビル校の研究チームが協力し、最新の研究成果「オペランド中性子回折により3Dプリンティングにおける制御されたひずみ発現のメカニズムが明らかに」をネイチャーコミュニケーションズ（中国科学院ゾーン1、トップ、インパクトファクター16.6）に発表しました。彼らは、低温変態鋼の積層造形プロセスにおける過渡的相変態と格子ひずみ発現を、その場中性子回折を使用して特徴付けました。

回折、赤外線、シミュレーションデータを組み合わせると、弾性ひずみ分布と塑性ひずみ分布が面心立方相境界と体心立方相境界の動きによって制御されることがわかります。この研究は、積層造形部品の残留応力状態と特性分布を設計するための新しいアプローチを提供します。これらの発見により、残留応力の分布を制御できるようになり、疲労寿命の向上や応力腐食割れに対する耐性などの利点がもたらされます。

図 1. A. ワイヤアーク積層造形技術を使用して製造された軟鋼および低温変態 (LTT250) 鋼のサンプル。サンプルは 3 つの部分に分割され、その間に室温まで冷却されました。 B HFIR で収集された ex situ 中性子回折測定結果。中心線の高さによる弾性格子ひずみの変化を示しています。 C は、SNS 処理中の温度、相転移、格子ひずみを監視するための運用可能な積層造形セットアップを構築しました。 D AM LTT 鋼のおおよその相転移温度を示す膨張測定データ。 E 3 つの部分の構築、能動冷却を使用した室温までの中間冷却、およびその後の格子ひずみのプロットを含む実験手順の概略図。
図2. LTT鋼製造中の時間の関数としての温度分布。サンプルが室温まで冷却されるフェーズA1、B2、C3中に赤外線（IR）サーモグラフィーを使用して測定（スケール1cm）。関連するビルドセクションの製造中に、指定されたポイントで時間分解中性子回折データが収集されました。 D ステージ 1 中のポイント 1 における中性子回折データ。堆積中の FCC ピークの出現と、ステージ 1 完了後の冷却中の BCC の形成を示しています。 E ステージ 2 および F ステージ 3 の製造中の同じ時点で、温度が十分に上昇しなかったため、BCC が FCC に戻されませんでした。 G ビルドセクションに対する中性子データ収集の位置を示すビルド形状の概略図。H ステージ 2 のポイント 2 と I ステージ 3 のポイント 3 では、ポイント 1 と同様の傾向が見られ、材料は最初は FCC として固化し、冷却開始後に BCC に変化します。すべての回折データは、任意の正規化された強度単位で表示されます。図 3. 複数の造形部品の堆積中に加熱、冷却、再加熱によって生じる残留応力の変化。初期の堆積時には、FCC から BCC の形成中の膨張により、堆積物に圧縮歪みが生じ、基質に引張歪みが生じます。再加熱中に FCC/BCC 界面が形成され、冷却時の CTE の差と FCC から BCC への遷移によって局所的な圧縮/引張ひずみパターンが生成されます。さらに、界面下の BCC を再加熱すると、アニーリング効果が生じ、材料が柔らかくなります。
論文引用

Plotkowski, A., Saleeby, K., Fancher, CM et al. Operando 中性子回折により 3D プリントにおける制御されたひずみの進化のメカニズムが明らかに。Nat Commun 14, 4950 (2023)。

https://doi.org/10.1038/s41467-023-40456-x

「ネイチャー」サブジャーナル: その場中性子回折により、3D プリントにおける制御された歪みの進化のメカニズムが明らかに!

昇華型3D間接金属3Dプリンターが深センTCTで展示、低コストの金属製造が注目を集める

これを使えば、自分だけのソールをデザインできます。Carbon Design Engineは正式に販売開始されました

CRP Technologies は、スポーツカーの「究極のパフォーマンス」を引き出す 3D プリント Windform RS カスタムパーツを発売しました。

宗桂生：3Dプリントは人々の考え方を変える

最新の AFM レビュー: 光硬化 3D 印刷ダイナミックポリマー

3Dプリント技術を脊椎の個別化カスタマイズに応用する実験的研究

永川は総合的な3Dプリント研究開発サービスプラットフォームを構築し、院士の陸炳恒氏のチームが自ら管理し構築する。

中国航空宇宙付加製造技術開発フォーラムが上海で開催され、多くの航空宇宙専門家が出席した。

ジュール熱と3Dプリントを組み合わせて効率的な多孔質MnO₂/カーボン複合電極を迅速に作製

かわいい！日本の企業が3Dプリントのパーソナライズ人形を発売

推薦する

ポリライトの王嘉軍氏：金属積層造形が製品設計の革新を促進

バイデン政権はバッテリーとチップの先進的製造に60億ドル以上の資金提供を発表

3D プリントされたカスタムシューズはトレンドになるでしょうか?

輝く3D: 中国の3Dプリントエコシステムの構築

3D People、最終用途部品の性能向上を目的としたBASFのフレキシブル素材Ultrasint TPU01を発表

ノッティンガム大学、血液の再生力を利用した3Dプリント医療インプラントを開発

ヘンケルは3Dプリント用途向けの接着剤ソリューションを開発中

メイン大学の新しい3Dプリンターが以前のギネス世界記録を破り、ボート、家、道具の製造に使用される予定

2分で、iSUN3Dのカスタマイズされた整形外科用インソールの製造プロセス全体を学ぶことができます。

知っておくべき 10 種類のホットメルト押し出し 3D プリントフィラメント

Tailored Fits と Materialise の 3D プリントカスタムスキーブーツが DIA 中国デザインエクセレンス賞を受賞

高解像度の写真: 医療用 3D プリントケース、アーチ型の足、肝臓と胆嚢、心臓、心血管系など。

GEの2つの新しい3Dプリントエンジンが最初のテストを完了：より軽量で強く、燃料消費量は35％削減

米国退役軍人省は、退役軍人の手術を支援するために3Dプリント技術を使用することを承認された。

3Dプリントされた小さな構造が体内の余分な化学療法薬を吸収できる