レーザー製造材料の小さな欠陥を減らす方法

金属積層造形（AM）は、特定の部品の製造および使用方法に革命をもたらすことが期待されています。 従来の製造方法と比較して、明らかな利点があります。 たとえば、材料の無駄が減り、労働時間が節約され、複雑な幾何学的部品の製造プロセスが簡素化されます。 しかし、それは完璧ではなく、いくつかの欠陥があります。 欠陥に立ち向かい、継続的に最適化することによってのみ、その構造性能をさらに向上させることができます！

多くの小さな欠陥またはエラー（10〜50ミクロン程度）が製造プロセスで発生する可能性があり、これは製品の構造性能の安定性と継続性に課題をもたらします。しかし、誰もがこれらの欠陥の影響にまだ比較的慣れていません。それは真剣に受け止められていません。さらに、認証と標準が支配的な分野では、処理データと標準プロトコルが不足しているため、それらを正確に分類することは困難です。

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メリーランド州ローレルにあるジョンズホプキンス応用物理研究所（APL）の研究者は、AM材料の機械的特性に対するさまざまな欠陥の影響をよりよく理解するために着手しました。最近、「Journal of Materials Processing Technology」、「欠陥形態の結合影響の解明」（欠陥形態の結合影響の解明）、およびレーザー粉末床溶融によって製造されたTi-6Al-4Vの引張挙動に対する微細構造に掲載されました。これらの欠陥の影響を理解し、決定を下すのに役立つ対応するデータを提供します。

現在、AMの製造方法の1つは、レーザーエネルギーで金属粉末を溶融するプロセスである選択的レーザー溶融です。 「レーザー粉末床融合は主要なAM製造技術ですが、小さな欠陥が存在するため、その可能性をさらに活用する必要があります」と、記事の著者でAPL Research and ExplorationDevelopmentの機械エンジニアであるStevenStorck氏は述べています。部門（REDD）。問題は、印刷プロセス中に小さな気泡や細孔が形成されることがあることです。これらの細孔は、完成品の特定の領域の強度に不確実性をもたらし、その性能にも影響を与えます。欠陥は非融合と鍵穴です。前者は、金属粉末床を完全に溶融するのに十分なエネルギーがない場合に発生します。後者は、溶融粉末床で流体力学的不安定性を形成する過剰なエネルギーによるものです。エネルギー密度が最適レベルから外れると、欠陥はますます大きくなります。
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StorckとResearchand Exploration DevelopmentDepartmentの共著者であるTimothyMontalbano、Salahudin Nimer、Christopher Peitsch、Joe Sopcisak、Doug Trigg、および海軍航空試験センターの航空機部門のBrandiBriggsとJayWatermanは、これら2つに意図的に取り組んでいました。研究の欠陥。サンプルを導入して、部品の機械的特性に対する特定の影響を判断します。

結果は、各タイプの欠陥が複数回発生すると悪影響がありますが、（同様の欠陥密度の下で）鍵穴では溶融がない場合よりも少ないことを示しています。チームはまた、鍵穴欠陥の周りの微細構造の改良が欠陥の弱体化効果を相殺できることを発見しました。気孔率が4〜5％の領域でも、多くの機械エンジニアが部品を設計するために使用する目標指標である、気孔率が無視できる部品と同じ降伏強度を生成できます。





Storck氏は次のように説明しています。「レーザー処理条件を変更して、処理プロセスの自然な欠陥をシミュレートし、鍵穴の3つの類似した数の欠陥と溶融の欠如をシミュレートした後、X線コンピューター断層撮影技術を使用してそれぞれの材料に処理条件をスキャンして定量化し、欠陥サイズを理解して欠陥分布をマッピングし、一方向引張試験でこれらの欠陥を含むサンプルを比較して、特定の数の欠陥に適した欠陥領域を決定します。」

この調査は、AM製造上の欠陥の影響を理解するためのAPLおよび米国海軍航空システムコマンドによる進行中の調査の一部です。ストーク氏は次のように述べています。「私たちの現在の研究では、この発見を機械学習と組み合わせて使用して、レーザー溶融を使用して材料を処理する方法を書き直しています。

REDDの極端で多機能な材料科学プロジェクトを管理するMorganTrexlerは、次のように述べています。アディティブマニュファクチャリングパーツ契約を安全に実施するための科学的根拠を提供します。」