ORNL、3Dプリント金属構造の残留応力の課題に対処するソリューションを開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-3-27 11:30 に最後に編集されました

2024年3月27日、アンタークティックベアは、米国エネルギー省オークリッジ国立研究所（ORNL）の研究者らが、高額で修復が困難な損傷を引き起こす可能性のある大型金属部品の製造時に3Dプリントを回避する方法を研究を通じて特定したと主張していることを知りました。この損傷は材料の残留応力によって発生します。

△「大規模Ti-6Al-4Vワイヤアーク積層造形における残留応力の蓄積」と題した研究が発表されました（ポータル）
研究技術の背景

米国の産業界は、大型金属構造物の国内製造能力を回復する方法として、積層造形にますます注目している。 3D プリンティングは、米国で大規模な鋳造所を再建するのではなく、大型部品の製造に使用できます。これによりサプライチェーンが短縮され、業界は必要なツールやその他の部品を迅速に入手できるようになります。しかし、まずは、3D プリントされた部品が印刷プロセス中に発生する圧力に耐えられることを確認するための研究が必要です。

△有限要素解析技術（FEA）による積層造形プロセスの数値モデル化は、大型の積層造形部品に発生する可能性のある変形、残留応力の蓄積、亀裂形成を予測するのに役立ちます。オークリッジ国立研究所の研究者は、計算モデル化を通じて、大型の積層造形金属部品は材料内にかなりの残留応力（RS）を生み出すことを突き止めました。 RS の蓄積により、熱印刷プロセス中に亀裂が発生し、材料が冷却するにつれて亀裂が大きくなり、金属を貫通して回復不可能な損傷を引き起こす可能性があります。

この研究を主導した研究者リティーン・マシューズ氏は、この方法はコストがかかり非効率的で、無効な部品や大量の材料の無駄が生じる可能性があると述べた。航空宇宙、自動車、防衛などの高価値産業では部品の製造に大規模な積層造形法を急速に採用しているため、これらの悪影響は特にコストがかかる可能性があります。こうした亀裂が発生する理由とその除去方法を理解することで、さまざまな業界でより信頼性の高い 3D 印刷技術が実現する可能性があります。

マシューズ氏はさらに次のように付け加えた。「一般的な堆積メカニズムはすべての 3D 印刷プロセスで同様であるため、これはあらゆる金属 3D 印刷プロセスに当てはまります。」

△材料の水平軸と垂直軸の残留応力による変形を示す画像。オークリッジ国立研究所の研究者は、重要な部分に材料を追加するだけで、応力の蓄積を減らすことができることを発見した。
3Dプリントにおける残留応力蓄積の解決策

チームはシンプルな解決策を見つけました。堆積プロセスとその結果生じる残留応力の計算モデルを使用して、フィレットまたは 45 度の面取りの形でサポート材料を追加し、90 度の角と鋭角の角を排除しました。「

「重要な部分に材料を追加することで、応力の蓄積が緩和されます」とマシューズ氏は言う。「この手順により、意図的に RS の集中を防ぎ、部品の故障の可能性を減らします。」

△研究結果によると、材料の堆積モードも部品の残留応力に影響を与えることが示されており、溶融堆積に基づく積層造形技術を使用して、メートルサイズの部品がますます製造されています。このような大きな部品では、RS とその悪影響は小さな部品に比べて拡大される可能性があります。「高強度RSの存在により、構造に亀裂が生じる可能性があり、部品の完全性が損なわれ、強度と疲労特性が低下する」とマシューズ氏と共著者らは、第11回CIRPグローバルネットワーク会議で発表された論文に記している。

このプロジェクトは、米国国防総省の産業基盤分析および維持プログラムによって資金提供されています。この研究は、ORNLにある米国エネルギー省の製造実証施設で実施されました。製造実証施設は、米国製造業の革新、刺激、変革の促進を目的として ORNL と連携している全国的な共同コンソーシアムである DOE の先進材料および製造技術オフィスによってサポートされています。

ORNL、3Dプリント金属構造の残留応力の課題に対処するソリューションを開発

アニメ業界におけるXiaofang 3Dプリンターの応用事例共有

マテリアライズ、シーメンスに高度な3Dプリントソフトウェアを提供

eSUNのフレキシブル3Dプリント材料はますます広く使用されています

科学者らは、プラスチック層の厚さを利用して3Dプリントされた物体に固有の偽造防止IDを形成する新しいシステムを開発

付加的な思考を核とした高度な設計とインテリジェントな製造

ナイロン（PA）3Dプリントの持続可能な開発の道はどこにあるのでしょうか？バイオベースの素材は画期的な進歩となるかもしれない

ボーイングが量産するチタン合金部品は、商業化における3Dプリント＋後処理の重要性を示している

UnionTech のマルチガルバノメータ技術が技術的なボトルネックをどのように打破するかについて簡単に説明します。

これは大問題だ！オーストラリア人男性、3Dプリント銃製造で執行猶予6ヶ月の判決

3Dプリントのゾエトロープ、100年前の芸術と現代の技術の融合

推薦する

3Dプリントされたソフトレザーパッドは、人間とロボットの相互作用の安全性と使いやすさを向上させます

Raise3D は、Brucom が 3D プリントを使用して柔軟な生産ラインを作成し、ワイヤーハーネスとケーブルの製造に革命を起こすのを支援します。

BLT安定生産シリーズ設備アップグレード計画が正式に発表

歯科開発の新時代、SprintRay 3DNext2024アジア太平洋エリートサミットが紹興で成功裏に開催されました

浙江大学新材料研究開発センターと浙江イノベーション3D産業パークが設立されました

AGVロボットは、複雑な構造を実現するために3Dプリントを利用して製造されています。

高強度・低放射化鋼の3Dプリントにおける新たな進歩

積層造形法で製造したオーステナイト系ステンレス鋼のセル構造の熱安定性メカニズムに関する研究成果

[動画] クリスマスを3Dプリントするのはとても楽しいです!

3Dプリントは乳児の呼吸器を正確に修復し、パーソナライズされた医療ケアは複雑な手術計画を補助します

次の音響トレンド：3Dプリントによる大量生産ヘッドフォン

デリアン・キャピタルのシャオ・ラン氏：3Dプリンティングは新たな上昇サイクルに入り、10億ドルの天井を突破するには継続的なイノベーションが必要だ

ピット、海軍の3Dプリント用途向けに新しいHSLA鋼粉末を開発

2019年付加製造年次フォーラムがウィズダムベイ科学技術パークで成功裏に開催されました

マテリアライズが3つの新しい産業用3Dプリント材料、PA11、PA12S、PA-CFを発売