出典: 中国機械工学 著者: Xiong Xiaochen1,2,3 Qin Xunpeng1,2,3 Hua Lin1,2,3 Hu Zeqi1,2,3 Ji Feilong1,2,3 (1. 武漢理工大学湖北現代自動車部品技術重点研究室、2. 武漢理工大学湖北自動車部品技術協同イノベーションセンター、3. 武漢理工大学自動車工学学院)
概要: 成形性の問題により、金属積層造形技術の開発と応用が制限されています。複合材積層造形は、成形性の問題を解決するのに効果的です。本論文では、複合材積層造形技術の分類方法と主なカテゴリーを詳しくまとめ、部品の成形精度と表面品質管理の面での積層造形とサブトラクティブ複合造形に関する研究の進捗状況と技術開発状況を簡単にまとめ、積層造形とサブトラクティブ複合造形技術のカテゴリー、成形原理、製造特性と重要な問題、および部品の微細構造、応力状態、マクロ性能制御の面での研究状況と主な結論を重点的に検討し、超音波、電磁気、レーザーの3種類の特殊補助エネルギー場が添加剤溶融池の流れ、結晶化、固体相変化に及ぼす作用メカニズム、および特殊エネルギー場の作用下での添加剤層の微細構造状態、機械的特性、成形精度の発展法則を体系的に紹介し、複合材積層造形技術の今後の発展動向を展望します。
金属積層造形（AM）は、3次元デジタルモデルを層ごとにスライスして積み重ねることで、複雑な形状、曲面キャビティ、勾配機能部品のニアネット成形を実現できます。トポロジー最適化技術と組み合わせることで、柔軟性が高く、プロセスが短く、効率が高く、金型なしで製造できるためコストが低いという特徴があります。現在、航空宇宙、国防、軍事産業、自動車製造などの分野で広く使用されています。
金属積層造形プロセスは、複数の物理場と結合した短期的で強い非平衡冶金プロセスです。積層層の微細構造は主に粗い柱状結晶で構成されています。形成された部品には、気孔、スラグ介在物、中間層、亀裂などの冶金欠陥が形成されやすく、使用性能に重大な影響を及ぼします[1-5]。同時に、積層造形プロセスでは、マトリックスの強い拘束下での微小溶融池の急速凝固、非平衡固相変化、堆積層の周期的な急速冷却と加熱、および強力な外部機械的拘束により、製品に複雑な凝縮応力、構造応力、熱応力、機械的応力が生じ、変形や割れが生じやすく、成形精度を効果的に制御することが困難である[3-6]。金属部品の高性能かつ高精度な付加製造をどのように実現するかは、長い間、業界が研究と解決に注力してきた重要な課題でした。
異なる原理に基づく製造方法と付加製造技術を組み合わせて、両者の利点を兼ね備えた「AM+」複合付加製造技術を形成することで、部品の成形精度と性能を効果的に向上させることができます。複合付加製造は、力、超音波、電磁気、レーザーなどの補助エネルギー場を導入して付加製造プロセスと後処理段階に作用させ、目に見える構造、メソ/マクロ欠陥からマクロ特性まで付加部品のマルチスケール制御を実現し、優れた性能と高い成形精度を備えた付加部品を得る。これは金属付加製造の急速な発展の重要な方向であり、学術界で最も関心の高い先進製造技術の1つである。中国科学技術協会は、「特殊エネルギー場支援製造の科学的原理」を2020年のトップ10の科学的課題の1つに挙げた。
1 複合材積層造形の分類<br /> 外部補助製造方法の加工原理によって、複合付加製造技術は3つのカテゴリーに分けられます。1つは、切削加工材料の「除去」原理と組み合わせた付加・減算複合製造技術です。2つ目は、圧延、鍛造、ショットピーニングの「等量」製造原理と組み合わせた付加・均等複合製造技術です。3つ目は、超音波、電磁気、レーザーなどの特殊エネルギー場と組み合わせた特殊エネルギー場支援付加製造技術です。技術の 3 つの主要カテゴリのうち、外部支援製造と付加製造は、プロセス分離、相互協力、同期フォローアップという 3 つの複雑な形式で存在します。
2 付加的および減算的複合材料製造技術
2.1 研究の現状 金属積層造形法では、部品の成形精度や表面品質管理に大きな制限があり、部品を直接高精度に成形することが困難です。材料の「除去」の原理に基づく切断プロセスは、部品の成形精度と表面品質管理に優れ、安定性に優れています。そのため、積層造形と切削加工を組み合わせて積層と切削の複合製造技術を形成することで、構成の容易さ、自動化制御の容易さ、成形効率の高さ、材料利用率の高さなど積層造形の利点を十分に発揮できるだけでなく、成形精度の高さ、表面品質の良さなど切削加工の特徴も活かし、効率的で高精度、高性能な金属部品の成形製造を実現できます。
1994年、MERZら[7]は熱溶解積層法とCNC加工技術を統合し、積層造形技術と切削造形技術の融合を初めて実現しました。彼らはインテリジェント製造システム用の308ステンレス鋼部品の製造に成功し、部品の成形精度と表面品質を大幅に向上させました。その後、国内外の多くの研究機関が、異なる原理に基づく積層造形技術とフライス加工技術を組み合わせ、プロセス設計、ソフトウェア開発、設備開発に至るまで多方面で研究を進め、商業化された積層造形と切削造形の複合製造システムの開発に成功した[8-14]。海外ではドイツのDMG社が開発したLASERTEC65-3D複合加工センター（図1a）が代表例であり、中国では北京機械電工研究所が開発したXKR40-Hybrid加法複合加工機（図1b）が代表例である。加法複合製造システム（図2）を用いて各種金属部品の試作に成功し、部品の成形精度や表面品質が大幅に向上した。
(a) DMG LASERTEC65-3D 複合加工センター (b) 北京機械電工研究所 XKR40 ハイブリッド積層および切削複合工作機械 図 1 積層および切削複合加工工作機械 図 2 DMG LASERTEC65-3D はさまざまな種類の金属部品を加工します。積層製造と切削製造の形式は、相互協力とプロセス分離です。クロスコーディネーション方式では、加法加工と減法加工を交互に行うことで、成形工程における累積誤差を効果的に低減し、部品の成形精度を向上させることができる[11]。しかし、高温状態で加工すると工具が軟化しやすく、摩耗が増加して耐用年数が短くなる傾向がある。同時に、成形精度が求められる部品については、高温状態で切削加工を行います。動的熱機械結合プロセス中に、ワークピースは動的変形を起こし、その後の仕上げによって部品の最終成形精度を確保する必要があります。プロセス分離型は、積層造形されたニアネットシェイプのブランクに対して小残渣切削加工を施し、精度要件を満たす部品を得るものです。堆積プロセスでの熱の蓄積が大きいため、定常状態まで冷却するのに時間がかかり、全体的な成形効率が低くなります。ただし、冷間状態で切断すると、一度の成形精度は高くなります。図3は、プラズマ堆積とミリング複合成形によって形成された金属花瓶を示しています[14]。付加材料と減算材料が調整され、交差しています。形成された部品の表面粗さは2.32μmに達することがあり、成形精度は比較的高いです。図4は、選択的レーザー溶融（SLM）とミリング複合成形によって形成された工業用金型を示しています[13]。付加材料と減算材料が調整され、交差しています。形成された金型の幾何学的寸法精度と表面品質は良好で、相対密度は99.2％と高くなります。図5は、電気アーク積層造形（WAAM）とミリング複合成形によって形成された工業用金型を示しています[11]。付加プロセスと減算プロセスは分離されています。まず、付加処理によってニアネットシェイプのブランクが得られ、次に小さな許容差でミリングすることで部品の最終的な成形精度が達成されます。従来のCNC加工と比較して、時間は42％短縮され、コストは28％削減されます。
図3 プラズマ堆積とミリングによって形成された金属花瓶 [14] 図4 SLMとミリングによって形成された工業用金型 [13] 図5 WAAMとミリングによって形成された工業用金型 [11]
2.2 主な問題点<br /> 積層および切削複合製造技術の開発と応用に関しては、以下の重要な問題に対処する必要があります。①異なる積層およびフライス加工複合プロセスにおける積層層の可視構造とマクロ形態のマルチスケール進化法則。②積層および切削複合プロセスにおける可視構造とマクロ形態の協調制御。③積層および切削プロセスにおける動的変形の影響下でのワークピースの成形精度と表面品質の制御。④異なる切削介入タイミングと頻度下でのワークピースの成形効率と成形精度のバランス。⑤冷却剤、高温、高残留応力のない製造プロセスにおけるツールの軟化、接着、摩耗、寿命延長。
3 付加製造技術
3.1 研究の現状 付加的および減算的複合製造は、部品の成形精度と表面品質を効果的に向上させることができますが、部品の外観構造とマクロ特性の調整への影響は大きくありません。圧延、鍛造、ショットピーニング技術に基づく積層造形技術は、積層プロセスまたは後処理段階で機械力エネルギー場を導入して積層層に作用させ、一定の深さの塑性変形を注入し、積層層の粒子形態、微細構造、応力状態を改善することにより、ワークピースのマクロ的な機械的特性を効果的に制御できます。
ローリングと組み合わせた付加製造は、最も広く研究されている複合付加製造技術です。圧延により大きな塑性変形が生じるため、添加剤層の内部欠陥が溶着され、緻密で結晶粒が微細化された添加剤組織が得られ、添加剤層の表面品質が高く、その後の加工許容量が小さくなります。現在、プロセス方法には 2 つあります。1 つは、圧延と積層造形を相互調整する層間冷間圧延です。もう 1 つは、圧延と積層造形を同期して追従する溶接熱間圧延です。どちらのプロセス方法も現在は実験研究段階にあります。関連する実験装置は、添加剤部分と特徴的な機能を備えた圧延部分で構成されています。作業時には、数十キロニュートンまでの一定の圧延力を生成するために大規模な圧力装置（主に空気圧または油圧装置）が必要であり[15]、これにより添加剤層は連続的かつ均一な塑性変形を起こします。
文献[16-17]は、低炭素鋼と純タンタル添加部品をそれぞれ層ごとに圧延するために、層間冷間圧延プロセス（原理を図6に示す）を採用しました。層間冷間圧延により、堆積層上に一定の深さの塑性変形層が形成されました。変形層は、後続の堆積層の繰り返し熱サイクル下で再結晶化し、堆積層の結晶粒が微細化され、ランダムにテクスチャ化された等方性材料構造が得られました（図7）。文献[18]は、新しいタイプの特殊形状ローラー（図8）を開発しました。これは、壁が広く、交差する特徴を持つ添加層の結晶粒微細化に大きな影響を与えます。文献[19-22]は、Ti-6Al-4Vチタン合金について同様の研究を実施しました。上記の結論に加えて、低塑性ひずみ下でのβ結晶構造とテクスチャの微細化の理由は、図9に示すように、β結晶が急速な繰り返し加熱中に成長するにつれて、変形層が焼鈍双晶を生成するためである可能性があることもわかりました。
図6 層間冷間圧延プロセスの模式図[16] (b) 層間冷間圧延プロセス図7 堆積状態の結晶粒形態と配向および層間冷間圧延プロセス[17] (a) 薄肉用ローラー (b) 広肉・クロスフィーチャー用ローラー図8 新型特殊形状ローラー[18] 図9 焼鈍双晶境界を生成するTi-6Al-4V β結晶の成長[19]
文献[23-25]では、アルミニウム合金添加剤部品の加工に層間冷間圧延プロセスを使用し、層間冷間圧延プロセスにより添加剤層内の小さな気孔が閉じられ、構造がより緻密になり、強度が大幅に向上する一方で、可塑性は損なわれないことを発見しました。添加層上の層間冷間圧延による強化メカニズムでは、変形強化と結晶粒微細化強化に加えて、合金元素は塑性変形によって固溶強化も受けます。文献[26]では、圧延塑性変形により添加剤マトリックス中の合金元素の固溶が促進され、マトリックスが時間の経過とともに自然老化し、強度と硬度が大幅に向上することも明らかにした。さらに、横方向冷間圧延は縦方向冷間圧延よりもアルミニウム合金添加剤層の残留応力に対する制御効果が高く、残留変形を効果的に制御できることがわかった。
ZHANGら[27-28]は、新しいタイプのマイクロローラーをベースにした同期追従複合積層造形技術（HDMR）を開発した。マイクロローラーは溶融池に追従して、積層材層上で同期熱間圧延を行う（図10）。ローラーと溶接ガンの追従距離を調整することで、圧延介入温度を変えることができる。オーステナイト非再結晶温度域での制御圧延により材料の結晶性が向上し、平均粒径7μmの微細粒組織が得られる。ワークピースの機械的指標が大幅に改善される（図11）。
図10 HDMRの模式図[27] 図11 熱間圧延工程における添加剤層の機械的特性[28]
鍛造技術と組み合わせた積層造形は、鍛造の高効率性と優れた組織特性と、柔軟性の高い積層造形を組み合わせ、両者の利点を最大限に発揮し、複雑な構造や高性能部品のニアネット成形を実現します。現在、複合タイプには、金型鍛造による一体鍛造の複合タイプと、機械ハンマーによる部分鍛造の複合タイプの2種類があります。
型鍛造と一体鍛造を組み合わせた複合材料の積層造形は、工程分離型がほとんどです。 MEINERSら[29]は、粉末レーザー金属積層造形（P-LMD）とワイヤアーク積層造形（WAAM）という2つのAM技術を使用することで、予め成形された鍛造品に新たな構造的特徴を追加することに成功しました（図12）。これにより、製造効率が確保されるだけでなく、製造の柔軟性も向上しました。従来の鍛造品と比較して、材料利用率は50％増加しました。
図12 P-LMDとWAAMによる特徴的なリブを付加した予備成形T断面鍛造品[29]
BAMBACHら[30]は、Ti-6Al-4Vのプリフォーム鍛造品と熱間鍛造WAAM部品に対してWAAM製造を行い、2つの複合製造プロセスにおける微細構造と機械的特性の進化を研究した。その結果、添加剤ゾーンと鍛造ゾーンの界面は良好な冶金結合を示し、結合ゾーンの引張特性は鍛造要件を満たし、延性は鍛造よりもわずかに低いが、鋳造よりも高いことが示された。MAら[31]は、Ti-6Al-4Vの鍛造および添加剤結合ゾーンの微細構造と機械的特性を研究し、二次強化相の形成により、結合ゾーンの全体的な強度がマトリックスの強度よりも優れていることを発見した。この結論は、文献[30]の結論と一致している。同時に、WAAM部品の熱間鍛造とそれに続く熱処理後、部品の強度や伸びなどの機械的特性が大幅に向上し、全体的な性能は鍛造品と同等であることも判明しました（図13）。
図13 熱間鍛造+熱処理工程後のWAAM部品と堆積したままの従来の鍛造部品の機械的特性の比較[30]
文献[32-33]では、さまざまなレーザー積層造形プロセスと熱間鍛造プロセスがステンレス鋼部品の微細構造と機械的特性に与える影響を研究しました。積層造形と高温熱間鍛造の後、部品の多孔性が大幅に減少し、密度は99％以上に達し、粒径は大幅に減少し、結晶粒微細化の程度は7倍を超えました（図14）。また、積層層の機械的特性が大幅に向上しました。
(a) 堆積直後 (b) 900 ℃ 変形 5% (c) 1040 ℃ 変形 5% (d) 900 ℃ 変形 30% (e) 1040 ℃ 変形 30% (f) 堆積直後 (g) 900 ℃ 変形 5% (h) 1040 ℃ 変形 5% (i) 900 ℃ 変形 30% (j) 1040 ℃ 変形 30% 図14 異なる添加剤および熱間鍛造プロセスにおける添加剤層の結晶粒形態の変化[33]
機械的なハンマーによる局所的な鍛造と組み合わせた積層造形に関する研究報告は少なく、いずれも効率的で低コストのアーク積層造形と組み合わせるクロスコーディネートアプローチを採用しています。ハンマーヘッドのサイズは小さく、ワークとの接触モードは点接触または微小球状接触です。ローリング工程での線接触や円筒接触に比べて自由度が高く、加工中にワークの形状による制約が少なくなります。また、ハンマーによるワークへの打撃は、断続的な複数の断続的な衝撃であり、その力は瞬間的な衝撃力であり、作用時間は極めて短く、瞬間的な接触力は大きい。複数の小さな塑性変形の蓄積により、添加剤層は最終的により大きな塑性変形を生み出すことができる。数十キロニュートンまでの連続的な静圧を提供するのに大型設備は必要なく、耐荷重能力が限られた産業用ロボットと組み合わせることで、より高い加工自由度を得ることができ、複雑な形状の部品の加工にも対応できる。ただし、この段階では、ハンマーによる変形量の精密な制御が難しく、成形精度はロール複合積層造形よりも低くなります。
HÖNNIGE ら [15, 34-35] は、6 自由度の ABB 産業用ロボットを使用して、高精度の空気圧ハンマー装置を運搬し、ハンマーアセンブリを形成しました。彼らは、中間層の冷間ハンマー処理を使用して、Ti-6Al-4V 添加剤層の表面に少量の塑性変形を注入しました。その後の堆積層の熱サイクルにより、塑性変形の深さよりも大きい細粒領域が得られ、機械的特性が向上しました (図 15)。XIONG ら [36] も同様の方法を使用し、多自由度の安川ロボットアームを使用して、改良された電動ハンマー装置を運搬しました (図 16)。2 回のロボット操作を実行することで、2 つのロボットアームが 1 対 1 で ...ハンマーヘッドと溶接ガンの作業位置は協調制御によって制御できるため、マイクロハンマーヘッドは溶接ガンに近距離で同期して追従できます。材料が再結晶温度に近づくと、低周波ハンマーが使用され、添加剤層の表面に一定の塑性変形が生じ、添加剤層の表面に高密度の転位と一定の割合のサブ構造が生じます。平均粒径が減少し、添加剤層の全体的な強度が大幅に向上します。Fangら[37]は、3自由度キャリアを使用して空気圧ハンマー装置（図17）を運び、溶接後に50°Cに冷却した後、2319アルミニウム合金の添加剤層を形成しました。 ℃で層間ハンマー加工を行ったところ、添加剤層の結晶粒微細化が明らかであった。堆積状態と比較すると、粒径は1/10に減少した（図18）。高密度転位を伴い、添加剤層の機械的特性は大幅に向上した。Quan Guozhengら[38]が使用したハンマー部品は、空気圧ハンマー装置を搭載した大型ガントリーロボット（原理は参考文献[37]のものと同様）で構成されていた。運搬ロボットはサイズが大きく、運搬能力が強く、安定性も良好であったが、動きの自由度が限られ、溶接ガンと干渉しやすいなどの問題もあった。使用される打撃装置はエンジニアリング空気圧ピックであり、低コストで衝撃力が高いが、打撃動作を正確に制御することが難しく、成形精度が低い。この研究では、シミュレーションと実験を組み合わせることで、溶接後のハンマー打ちが溶接内部応力の除去に効果的であることがわかりました。
図15 堆積直後と層間冷間ハンマー加工の機械的特性の比較[34] 図16 電動ハンマー装置を搭載したロボットアーム[36] 図17 3自由度機械ハンマーアセンブリ[37] (a) 堆積直後 (b) 層間冷間ハンマー加工図18 堆積直後と層間冷間ハンマー加工の結晶粒形態[37]
ショットピーニングと組み合わせた積層造形は、積層層の表面に少量の塑性変形を注入することで、積層層の全体的な性能を向上させます。これは主にプロセス分離複合材であり、つまり、後処理によって積層部分が強化されます。ショットピーニングには、機械式ショットピーニング（SP）、超音波ショットピーニング（USP）、レーザーショットピーニング（LSP）の3種類があります。最初の2つは機械的接触強化で、高速の固体ショットをワークピースの表面に衝突させることでワークピースの表面強化を実現します。最後のLSPは非接触強化で、固体ショットは生成されず、高エネルギーレーザーで金属表面に作用することで表面強化を実現します。LSPは、特殊エネルギー場支援積層造形に分類できます。
ALMANGOURら[39]は、レーザー添加ステンレス鋼部品を、添加後処理段階で機械的ショットピーニングで処理した。部品の表面に塑性変形を注入することにより、残留オーステナイトがマルテンサイトに変態し、表面結晶粒の微細化が誘発された（図19）。部品の表面粗さが減少し、硬度、降伏強度、耐摩耗性などの機械的特性が大幅に向上した。参考文献[40-41]は、3方向超音波ショットピーニングを使用してチタン合金とアルミニウム合金の添加溶接を強化した。超音波ショットピーニングは溶接面の微細構造にほとんど影響を与えないことが判明した。溶接面に明らかな塑性変形は発生しなかったが、表面結晶粒は大幅に微細化された（図20）。図21に示すように、添加層の多孔性が減少し、それに応じて材料の強度が増加し、異方性が弱まった。
(a) 堆積状態の画質マッピング (b) 機械的ショットピーニングの画質マッピング (c) 堆積状態の結晶方位マップ (d) 機械的ショットピーニングの結晶方位マップ 図 19 機械的ショットピーニングプロセスと堆積状態の結晶粒形態の比較 [39] (a) 堆積状態 (b) 3次元超音波ショットピーニング 図 20 堆積状態と3次元超音波ショットピーニングプロセスの結晶粒形態 [40] 図 21 超音波ショットピーニングプロセスと堆積状態の機械的特性の比較 [40]
3.2 主な問題点 積層造形技術の開発と応用に関しては、以下の重要な問題に対処する必要があります。①外力エネルギー場下で、塑性変形の程度、変形温度、変形速度、介入頻度など、積層造形によって形成される複合プロセスパラメータのマルチスケールの発展法則が、積層層の見かけの組織とマクロの機械的特性に及ぼす影響。②外力エネルギー場下で、積層部品の見かけの組織とマクロの形態の能動的な制御。③外力エネルギー場下で、局所変形ゾーンと後続の堆積層結合ゾーンとの界面の制御と強化。④外力エネルギー場下で、積層造形プロセス中の動的変形の制御と修正。⑤外力エネルギー場の異なる介入時間と介入頻度下で、部品の成形効率と成形品質のバランス。⑥外力エネルギー場の補助装置と積層装置間の干渉現象の制御。⑦外力エネルギー場の種類、力エネルギーパラメータ、エネルギー消費、コストと部品の成形精度と品質のバランス。
4 特殊エネルギー場を利用した積層造形技術
4.1 研究状況 最初の 2 種類の複合付加製造技術に対応する外部補助製造は、どちらも接触製造方法であり、機器の干渉や効率などの問題があります。特殊エネルギー場支援積層造形技術は、超音波、電磁気、レーザーなどの非接触型特殊エネルギー源とその特性効果を利用して積層造形プロセス全体に作用し、積層層の目に見える構造を改善し、製品のマクロ的特性を高める、現在急速に発展している先進的な製造技術です。
超音波と電磁気の特殊エネルギー場は、それぞれ高周波超音波と電磁気効果を通じて添加剤の溶融池の形成と凝固プロセスに作用し、溶融池の流れ、熱と質量の移動、結晶化核形成、および溶融池の形成から凝固までの固体相変化法則を変更することで、添加剤層の粒子形態、微細構造、応力状態、およびマクロ特性を改善し、同期フォローアップ複合添加剤製造技術として分類できます。
文献[42-43]は、超音波励起装置を使用して添加剤基板に作用し（図22）、金属基板内で高周波超音波を伝播させることにより、添加剤溶融池に対するリアルタイムの作用を実現した。超音波振動がニッケル基合金のレーザー添加剤の微細構造と機械的性質に及ぼす影響を研究した。研究結果によると、超音波振動は添加剤の微細構造の均質化を促進し、第2相の析出を減らし、析出相の形態を変え、添加剤の微細構造の結晶粒微細化を達成し（図23）、それによって添加剤部品の機械的性質を向上させることができる。文献[44]は、ABBロボットを使用して超音波励起装置を運び、溶接ガンに密着して追従し、高周波超音波振動がTi-6Al-4V積層造形溶融池に同期追従する効果を実現した。この研究では、高強度超音波が音響キャビテーションと音響ストリーミング効果を通じて金属凝固中の柱状結晶のエピタキシャル成長を効果的に阻止し、組織強度を弱め、柱状結晶構造を微細化し、積層造形部品の機械的特性を向上させることが示された。参考文献[45-47]は、溶融溶融プールでの同期作用を実現するために、溶接ガンに独立して設計された電磁コイルを統合し、外部の縦方向および横の定常磁場の影響を研究しました。エッジは、堆積層のアスペクト比を減らし、滑らかな堆積層の形態を形成し、マルチパスオーバーラップ堆積を助長して、部品の形成精度と表面の品質を改善することができます。溶融プールと穀物を改良し、それにより、添加物の見かけの構造と巨視的な機械的特性を改善します。
図22超音波振動成分は基質に作用します[43]図23超音波振動成分は溶接銃に続き、堆積層に作用します[44]
レーザー特殊エネルギー補助添加剤の3つの方法があります。レーザーショックアシスト、選択的レーザーアブレーションアシスト、および選択的レーザーリメルティングアシストの3つの方法があります。
レーザー衝撃補助添加剤の製造段階では、ワークの表面にコーティングされたエネルギー吸収コーティングコーティングに作用するために、レーザーショック補助補生の製造補助剤を使用して、ワークピースの表面に高エネルギーの微量に影響を与えるために、ワークピースの表面に高振幅のショック波を誘導し、マグリの微小環境に輝きを導入しますUREとストレス状態、そしてワークピースの全体的な巨視的な機械的特性を改善します。これは、プロセス分離された複合材料製造です。添加剤層に対するレーザーショックの効果は、ショットピーニングに似ており、レーザーピーニングとも呼ばれます。
Kalentics et al。アリは、部分の表面に残留圧縮応力を埋め込むことにより、部品の疲労寿命を延長します。同様の研究を通じて、Hackel et al。
（A）SLM（B）2D-LSP（C）3D-LSP図24 SLM、2D-LSPおよび3D-LSPの細孔形態[48]
選択的レーザーアブレーション補助添加剤は、高エネルギーレーザーを使用して材料を蒸発させ、添加剤層の表面減算処理を実行して、添加層の表面品質を改善します。選択的レーザーリメルティング補助添加剤製造は、低エネルギーレーザーを使用して添加剤層をリメルし、添加層の残留気孔率と表面粗さを減らし、添加剤層の密度と表面の品質を改善します。 2つの作業原則は、添加剤の層と、相互調整とプロセス分離の特性を組み合わせた複合加工段階で使用できます。
Yasaら[50-51]は、SLM添加物の選択的なレーザーのリメルティングの効果を研究しました。 50〜100μmのサイズの範囲でマイクロ機能を処理できます。
4.2重要な問題 特別なエネルギー分野の補助補生技術の開発と適用に関して、次の重要な問題に対処する必要があります。目に見える構造と添加剤層の肉眼的機械的特性などの添加物の添加物によって形成されたプロセスパラメーター。レーザー支援エネルギー場の介入時間と頻度。
5複合添加剤製造技術の開発動向
（1）マルチ製造技術複合添加剤製造に向けて開発する。規模の製造は、精度と表面の品質制御を形成する部品に優れていますが、材料の等しい製造は、部品の視覚組織と巨視的なパフォーマンス制御に大きな影響を及ぼします。添加剤の製造と単一の減水的製造、平等な材料製造、および特別なエネルギー分野支援製造を組み合わせることにより、製造された部品の形状と特性の効果的な統合制御を実現することは困難です。添加剤、平等な材料、減算型、特別なエネルギー分野などの複数の製造技術を組み合わせて、新しいタイプの複合添加剤製造技術を形成します。これは、添加剤製造の高速かつ柔軟な製造特性を保持します。
（2）オンライン検出と閉ループ制御に向けて開発します。添加剤は、深刻な形態の問題を抱えており、部品の形態の品質と精度を確保するために動的な制御プロセスを使用しています。 uring。
（3）統合されたインテリジェントな製品設計と製造に向けて開発する。現在、複合添加剤の製造技術は、添加剤と減算のある複合製造段階を除き、将来的には基礎研究とサポートテクノロジーの継続的な開発があります。材料、機能、構造、プロセス設計から加工および製造へのプロセス。
（4）大きな成分の低コスト、高効率、高品質の製造に向けて発達します。添加剤の製造は、添加剤の形状の困難な制御の問題をよりよく解決できるように、高速で柔軟性、緑の添加剤の製造特性を備えています。複合添加剤の製造技術の反復開発により、高速、柔軟な、緑、低コスト、高品質の製造上の利点がある新しい高度な製造技術が形成されます。
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ハイブリッド添加剤製造技術の研究ステータスと開発
Xiong Xiaochen 1、2、3 Qin Xunpeng 1、2、3 Hua Lin 1、2、3 Hu Zeqi 1、2、3 Ji Feilong 1、2、3
1。自動車コンポーネント向け高度技術の先進研究所、Wuhan大学、Wuhan、4300702。WuhanTechnology、Wuhan、430070 3。Wuhan School of Technology、Wuhan、Wuhan、430070の自動車工学学部、Wuhan Technology of Automotive Components Technologyのコラボレーションコラボレーションイノベーションセンター
Abstract： The poor forming accuracy and performance restricted the development and applications of metallic additive manufacturing technology. Hybrid additive manufacturing had a significant effectiveness on solving the problem. The classification and main categories of hybrid additive manufacturing technology were highly generalized herein. The research progresses and technical developments of additive and subtractive hybrid manufacturing in the control of the part forming accuracy and surface quality were briefly summarized. The technology categories， forming principles， manufacturing characteristics and key problems of additive and equivalent hybrid manufacturing were emphatically commented， as well as the research status and main conclusions of additive and equivalent hybrid manufacturing on the control of microstructure， stress state and macro-performance of the parts. The acting mechanism of three special auxiliary energy fields， namely ultrasonic， electromagnetic and laser， on the flow， crystallization and solid-state phase transition of additive molten pool， and the evolution law of microstructure state， mechanical properties and forming accuracy of additive layer under the action of special energy fields were systematically introduced. Finally， the development trends of hybrid additive manufacturing technology were prospected in the future.
キーワード：フォーミングの精度と減算的なハイブリッド製造
（編集者Yuan Xingling）
著者プロフィール：Xiong Xiaochen、男性、1989年生まれ、博士課程の学生。研究の方向性は、添加剤の製造と再製造です。電子メール：[email protected]。 Qin Xunpeng（対応する著者）、男性、1962年生まれ、教授および博士課程の監督者。研究の方向性は、自動車の生態学的設計とリサイクル技術、自動車のインテリジェントな製造技術、自動車の軽量設計と製造技術です。 100を超える論文が公開されています。電子メール：[email protected]。
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