スイスの研究所は、積層造形亀裂の問題を解決するためのレーザー技術を開発しています

以前、スイス連邦工科大学ローザンヌ校は、選択的レーザー溶融（SLM）中の金属部品の亀裂の問題を大幅に軽減できるプロセス技術を開発しました。 研究者によると、この技術は、高温耐性、損傷耐性、および耐食性を備えた金属部品の製造に関する重要な技術的問題を解決します。

選択的レーザー溶融中に、強力なレーザーエネルギーが金属粉末を溶融して融合し、3Dコンポーネントを層ごとに構築します。ただし、一部の金属や合金は、選択した領域のレーザー溶融プロセスでの高温変化に耐えることができず、その結果、構造に亀裂が生じます。



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■画像出典：スイス、ローザンヌ連邦工科大学



ローザンヌにある連邦工科大学の熱機械冶金研究所の研究者は、彼らの解決策、つまり3D印刷プロセスで亀裂をすばやく「修復」する方法について説明しました。この方法では、積層造形プロセス中に数層ごとにレーザー処理を行います。 「レーザーショックピーニング」と呼ばれるこの処理方法は、高強度のレーザーパルスを構築中の部品に定期的に向けることによって機能します。これは、高エネルギーのフォトン「ハンマー」として機能し、材料に衝撃波を送ります。



このプロセスでは、2つのレーザーを使用する必要があります。1つ目は金属粉末の溶融と溶融材料の加熱を担当し、2つ目はターゲット位置コンポーネントに応力を発生させて亀裂を「修復」します。研究チームの責任者であるRolandLogé氏は、レーザーショック強化は以前は表面処理にのみ使用されていたと述べましたが、私たちの場合、材料内で3Dで実行されるため、バッチで処理できるプロセスになりました。



研究者は、「レーザー衝撃強化」により、ニッケル基合金の亀裂を最大95％除去できることを発見しました。後で、彼らはまた、亀裂に敏感な他の合金材料にこの方法を適用することを計画しています。 RolandLogéはまた、このハイブリッド3D印刷方法の適用は、亀裂を排除するだけではなく、他の可能性はまだ開発されていないと述べました。



レーザー衝撃強化技術

レーザー衝撃強化技術は、強力なレーザービームによって生成されたプラズマ衝撃波を使用して、金属材料の耐疲労性、耐摩耗性、耐食性を向上させる高度な新技術です。非接触、熱影響部がない、強力な制御性、優れた強化効果などの優れた利点があります。



レーザー衝撃増強技術は、もともと1970年代初頭に米国のベル研究所で開発されました。 1972年、米国のバテル大学のフェアランドBPは、高出力パルスレーザーによって誘発された衝撃波を使用して、7075アルミニウム合金の微細構造を変更し、その機械的特性を初めて改善しました。それ以来、レーザーの応用への前奏曲です。衝撃強化が発表されました。



1978年秋、フォードS.Cらと米空軍研究所が共同でレーザーショックによるファスナーの疲労寿命の改善に関する研究を行い、レーザーショック強化によりファスナーの疲労寿命を大幅に改善できることがわかった。当時は、パルス周波数の高い信頼性の高い高出力レーザーが不足していたため、実用化できませんでした。





■レーザー衝撃強化の動作原理



1980年代後半、ヨーロッパ、日本、イスラエルなどの国や地域でレーザー衝撃増強技術の研究が行われました。しかし、これまでのところ、世界での実用化を強化するためにレーザーショックを適用したのは米国だけです。 21世紀には、レーザー衝撃増強技術の応用が大きく進歩しました。米空軍は、レーザーショックによる生産効率の向上に多大な努力を払い、4つの重要な製造技術計画を策定し、多くの重要な進歩を遂げました。レーザーショックの生産効率の向上など、産業用途の問題を解決しました。 -強化された生産とモバイル生産。



2002年以来、米国は航空宇宙部品の製造と修理にレーザー衝撃強化を大規模に使用してきました。たとえば、US MIC Companyは、軍用および民間用のジェットエンジンブレードにレーザー衝撃強化技術を使用して、疲労寿命を改善しています。安全で信頼性が高く、毎月数百万ドルの航空機保守費用と数百万ドルの部品交換費用を節約できます。戦闘機のジェットエンジンブレードの処理だけで、10億ドル以上のコストを節約できると推定されています。



米国には、レーザー衝撃増強の開発プロセスがあります。たとえば、米国空軍は、予備申請に基づいて、LSPT、P＆W、GEAE、UTCなどの企業を組織し、レーザーショック強化技術。ラピッドコーティングのRapidCoater技術が提案され、作業の信頼性と再現性を向上させるために高度な制御および監視技術が開発されました。コストは少なくとも50％〜70％削減され、出力は6〜9倍に増加しました。

レーザーポインター

国内外の研究によると、レーザー衝撃強化は、さまざまなアルミニウム合金、ニッケル基合金、ステンレス鋼、チタン合金、鋳鉄、粉末冶金に優れた強化効果をもたらすことが示されています。自動車製造、医療およびヘルスケア、海上輸送、および原子力産業はすべて、潜在的なアプリケーション価値を持っています。