文責：若井悠貴(2024年度D2)
Laser Powder Bed Fusionは，レーザーで金属粉末を層状に溶融・凝固させ，積層することで3D形状を造形する加工法です．切削加工や鋳造などの従来の加工法では不可能であった，複雑形状の造形を可能とします．しかしながら，部品内部に欠陥が発生しやすくかつ造形パラメータ導出にも時間を要するため，産業での応用例は限定的です．これらは造形中の溶融現象が複雑な点に起因します．そこで本研究班は様々なその場観察手法を用いて金属粉末の溶融現象解明に取り組んでいます．
これまでに，X線透過法と溶融池温度を組み合わせて，溶融挙動と温度分布を同時に「その場」観察する実験装置を開発しました．この装置により，溶融した金属粉末が球状化する現象 (Balling)や溶融池の温度分布を測定することができました．これらの観察結果をもとに，入熱条件・溶融現象・凝固形状の因果関係を体系的に整理するよう試みています．本研究を通じて溶融現象の素過程を解明することで，金属3D積層造形の高機能化と利便性向上を目指しています．
なお，本研究は産業技術総合研究所 積層加工システム研究グループ(https://unit.aist.go.jp/am-ri/group/aps.htm)と共同研究で実施しています．
図1 X線透過法による金属粉末溶融その場観察装置の概略図
図2 X線透過法による溶融挙動のその場観察結果
代表論文
Tomoya OGURA, Yuki WAKAI, Shizuka NAKANO, Naoko SATO, Satoshi KAJINO, and Shinsuke SUZUKI, “Transition mechanism of melt depth in vacuum during laser powder bed fusion using in-situ X-ray and thermal imaging”, Progress in Additive Manufacturing, 8(2023)1687, DOI: 10.1007/s40964-023-00436-5.
Yuki WAKAI, Tomoya OGURA, Shizuka NAKANO, Naoko SATO, Satoshi KAJINO, and Shinsuke SUZUKI, “Melting behavior in laser powder bed fusion revealed by in situ X-ray and thermal imaging”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 110(2020)1047, DOI:10.1007/s00170-019-03384-z.
Shunya YAMAMOTO, Hisashi AZUMA, Shinsuke SUZUKI, Satoshi KAJINO, Naoko SATO, Toshimitsu OKANE, Shizuka NAKANO, and Toru SHIMIZU, “Melting and solidification behavior of Ti-6Al-4V powder during selective laser melting”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 103(2019)4433, DOI:10.1007/s00170-019-03384-z.
Yuki WAKAI, Tomoya OGURA, Shinsuke SUZUKI, Shizuka NAKANO, and Satoshi KAJINO, “In-situ observation of metal powder melting behavior using X-ray and thermal imaging”, Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC 2019-Octob:21–25.
(2024/03/27 更新)