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EPFL、3Dプリント金属コンポーネントの亀裂を除去

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November, 29, 2019, Lausanne--EPFLの研究チームは、新しいレーザ3Dプリンティング技術を開発した。これは、高温、損傷、腐食に前例のない耐性のある金属コンポーネントを製造することができる。その方法には、航空宇宙から発電タービンまでの分野のアプリケーションがある。
 メーカーは、選択的レーザ溶融(SLM)として知られる技術を使って金属コンポーネントを3Dプリントする。SLMにより、強力なレーザが金属粉末を溶かし、溶融結合し、徐々に層ごとに3Dコンポーネントを構築する。工程の最後に残存粉末はすべて除去される。しかし金属や合金の中には、SLMに関わる高温変動に耐えられないものがあり、それが亀裂の原因になる。
 工学部のRoland Logéをリーダーとする EPFLのLaboratory of Thermomechanical Metallurgy (LMTM)の研究チームが、構築段階中に数層ごとに第2レーザで処置する新しい方法を開発した。これは、亀裂を飛躍的に減らし、高温、損傷、腐食に前例のない耐性を持つ金属コンポーネントを製造する。
 その特許技術は、Additive Manufacturingに発表された。この技術を使うことで、例えば、新しい発電タービンブレード、あるい航空機の重要コンポーネントを製造することができる。

衝撃波
結果がそれ自体を語っている。研究チームは、その技術が、ニッケルベースの超合金に通常観察される亀裂の最大95%を取り除くことを確認した。チームは、他の亀裂の影響を受けやすい合金にもその方法を適用する計画である。 

仕組み
研究チームは、レーザ衝撃ピーニング(LSP)として知られる方法を使って、3Dプリンティング工程中に亀裂を即座に「治す」。LSPは、構築中のコンポーネントに周期的に高強度レーザパルスを当てることで機能する。それは、一種の高エネルギーフォトニック「ハンマー」のように機能し、材料を通して衝撃波を送る。
 その方法は、2つのレーザを必要とする。第1レーザが金属粉末を溶かし,溶融材料を加熱すると、第2レーザは、標的箇所のコンポーネントに応力を生成して亀裂を除去する。「レーザ衝撃ピーニングは、通常、表面亀裂のためにある。しかし、われわれの例では、それは大量処置となった、材料そのものの中で3D動作するからである」とLogéは説明している。
 その新技術には、複数の3Dプリンティング企業が関心を表明している。「このハイブリッド3Dプリンティング法には、亀裂除去をはるかに超えるアプリケーションがある。われわれは、その全潜在力の理解を始めたばかりである」とLogéはコメントしている。