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AppendixII質 問 事 項 回 答 書
II.1角 田准 教授 か らい た だい た ご質 問
EBMで 等 温 線 が 広 が っ た理 由 は 予 備 加 熱 とい うよ り電 子 ビー ム の溶 け込 み深 さに よ る もの で は ない か.
回答 広 く知 られ て い る よ うに,電 子 ビー ム の 出力 当 た り溶 け込 み 深 さは レー ザ ー ビー ム の 光 も よ り深 い た め(Fig.A‑6),本 研 究 の 実験 結 果 につ い て も影 響 を 及 ぼ した こ とが 考 え られ ま す.同 出 力 ・同 照射 時 間 の 条件 で あ った と して も,等 温 線 間 隔 はEBMの 方 が よ り広 が った こ とが,溶 け込 み の深 さの違 い に よ り推 察 で き ます.
一 方,本 研 究 のEBM等 温 線 間隔 拡 大 の 主 な原 因 は,溶 け込 み 深 さ よ りも予備 加 熱 工 程 に よる もの だ と考 えて い ま す.Fig.A‑7に 示 す の は,Inconel718合 金 を EBMで 積 層 した時 の,造 形 物 底 面 にお け る温 度 の時 間 変 化 を示 した グ ラ フで す.
積 層 初 期 に溶 融 と凝 固 を繰 り返 した後(こ の グ ラフ で は,計 測 時 間 間 隔 の 大 き さ の た め 温 度 変 動 は実 際 よ りも過 小 に表 示 され て い ま す),造 形 物 底 面 は36時 間 の 造形 時 間 全 体 に渡 っ て,少 な く と も700。Cの 温度 で維 持 され て い ます.こ れ は,予 備 加 熱 に よ る粉 末床 全 体 の 入 熱 が,各 層 に お い て 繰 り返 され て い るた め で す.一 方,SLMで はべ 一 ス プ レー トの 温度 は少 な く と も90。Cに 維 持 され て い ま す が,レ ー ザ ー 溶 融 時 の 粉 末 床 の温 度 上 昇 を考 慮 して も,EBM以 下 の底 面 温 度 だ と考 え られ ま す.以 上 よ り,予 備 加 熱 工程 の有 無 に よ る入 熱 量 の差 が,等 温 線 間 隔 の差 をSLMとEBMの 間 に もた ら した と思 わ れ ます.
EBMで はSLMよ りも層 を越 え た熱 の影 響 が あ るの か.
回答.SLMとEBMの 溶 融 池 形 状 が 同 じだ と仮 定 す る と,溶 融 プ ロセ ス時 の 溶 融 池 周 囲 の 熱 拡 散 は 概 ね 同 じよ うな形 態 だ っ た と考 え られ ま す.レ ー ザ ー と 電 子 ビー ム の溶 け込 み 深 さは,溶 融 池 の深 さ よ りも十 分 に小 さい た め です.
一 方,前 述 の予 備 加 熱 の影 響 に よ り,EBMで はSLMよ りも顕 著 な層 を越 え た熱 拡 散 お よび 温 度 上 昇 が 生 じま した.こ れ はEBM(電 子 ビー ム)とSLM(レ ー ザ ー ビー ム)の 特性 の 差 とい うよ りも,予 備 加 熱 工 程 の有 無 を理 由 と して い ま す.
EBMの 方 が溶 融 池 の 幅 は よ り狭 くな る の か(電 子 ビー ムの 方 が よ り絞 りや す い た め).
回 答.本 研 究 で は,SLMとEBMの ス ポ ッ ト径 は と もに200μmと 設 定 して い ます.電 子 ビー ム の よ り深 い溶 け込 み深 さや,造 形 物 表 面 直 下 で の電 子 の散 乱 な どを原 因 とす る溶 融 池 形 状 へ の影 響 は考 え られ ま す が,溶 融 池 形 状 の 主 な 因子 は レー ザ ー 出 力 とス ポ ッ ト径 で あ る こ とか ら,そ れ らを 同 条件 に した 場 合 に は, SLMとEBMと の 間 で 溶 融 池 形 状 に大 き な 差 異 は 生 じない と考 え られ ます.
II.2高 橋 准 教 授 か らい た だ い た ご質 問 オ ー バ ー ラ ップ の 影 響 は あ るか.
回 答.Inconel718のSLM積 層材 で は,オ ー バ ー ラ ップ領 域 に お け る柱 状 粒 の 形 成 が 確 認 され て い ます(Fig.A‑8).積 層 造 形 にお い て は,エ ネル ギー 密 度(ビ ー ム 出力)の 増 加 に と もな っ て一 方 向凝 固 して 特 定 の結 晶 方 位 に 配 向 した柱 状 粒 組 織 とな る こ とが 報 告 され てお り(Fig.A‑9),Fig.A‑8で 見 られ る柱 状粒 も ま た,オ ー バ ー ラ ップ領 域 の 繰 り返 し入 熱 を原 因 と した もの と考 え られ ます.
本 研 究 で 用 い たTi‑6Al‑4vに お い て も,オ ー バ ー ラ ップ領 域 特 有 の組 織 が SLMとEBMの 両 方 で生 成 され た 可 能 性が あ ります が,積 層 後 の β→ α(α')変態 の た め,そ の よ うな組 織 を確 認 す る こ とは 出来 ませ ん で した.Inconel718な ど とは 異 な り溶 融 池 の痕 跡 が 見 られ な か っ た こ とか ら も,積 層 時 に 存 在 した 組 織 の痕 跡 を確 認 す る こ とは 困難 だ と考 え られ ます.
仮 に オ ー バ ー ラ ップ領 域 に お い てInconel718の よ うな柱 状粒 が 成 長 して い た と して も,β → α(α')変態 の た め,積 層 ま ま材 の機 械 的特 性 には 大 き な影 響 を及 ぼ して い な い と考 え られ ます.
真 空 雰 囲気 とAr雰 囲 気 の違 い は あ る か.
回 答SLMとEBMと の 間 の雰 囲 気 の違 い も また,予 備 加 熱 工程 の 有 無 と同 じよ うに,冷 却 速 度 に影 響 を及 ぼ した と考 え られ ます.溶 融 池 に触 れ たArは 熱 伝 達 に よ り温 度 上 昇 し,そ れ に よ る対 流 冷 却 はSLMの よ り速 い冷 却 速 度 を もた
ら しま した.
真 空 雰 囲気 中 のSLM装 置 は 現在 研 究 段 階 に あ ります が[A‑4],い ず れ は 実 用 化 され る もの と考 え られ ま す.そ の よ うな装 置 で積 層 され たSLM積 層 材 は,現 在 の もの よ り も造 形 中 の熱 応 力 が 緩 和 され る こ とが期 待 され ま す.一 方,EBMで
高 温 特性 も絡 めて 発 表 を して ほ しか っ た.
回答.今 回 の 発 表 で は,SLMとEBMの 微 視 組 織 ・機 械 的 特 性 に見 られ る違 い と,そ れ を もた ら した微 視 組 織 の変 化 過 程 につ い て発 表 を しま した.時 間 の都 合 で 高 温 特性(高 温 引張 試 験 ・ク リー プ 試 験)に つ い て は触 れ な か っ た の です が, 高 温 で用 い られ る こ とが 多 い 航 空 機 部 品 で の使 用 を想 定 して い る以 上,高 温 特 性 に つ い て も触 れ るべ き だ っ た と反 省 して い ま す.
残 留応 力 の 値 につ い て.
回 答.Appendixと して残 留応 力 の 測 定 結 果 につ い て 追 記 しま した.実 験 結 果 か ら,適 切 な焼 鈍 処 理 に よっ て積 層 材 中の残 留応 力 は十 分 に取 り除 け る こ と と, ま た,予 備 加 熱 工 程 に よ って 熱 応 力 が緩 和 され るEBMプ ロセ ス で あ っ て も,そ のEBM積 層 ま ま材 に は約180MPaと い う無 視 で き な い応 力 が残 留 して い る こ
とが 明 らか とな っ て い ます.熱 処 理 が 不 要 で あ る と され て い るEBM積 層 ま ま材 につ い て も,実 用 に お い て は積 層 後 焼 鈍 処 理 の 実 施 を検 討 す べ きで だ と考 え ら れ ま す.
酸 素 の影 につ い て.
回 答.本 文 の 「1.1研 究 背 景 」 で 過 去 の研 究 で報 告 され た デ ー タ を も とに詳 し く触 れ て い ます.従 来,Ti合 金 の積 層 造 形 に お い て は,酸 素 の 濃 化 をAr雰 囲 気 よ り も効 果 的 に 防止 で き る こ とか ら,真 空 雰 囲気 で 積 層 す るEBMの 方 がSLM よ りも優 位 だ と され て きま した が,過 去 の研 究 デ ー タか らは,そ の よ うな事 実 は 認 め られ ませ ん で した(Tablel.1).
II.3真 鍋 教 授 か らい た だ い た ご質 問
部 品 で は な く素材 を作製 して い るが 実 用 時 に何 を活 かす こ とが で き るの か.
回答.ニ アネ ッ トシ ェ イ プ 形 状 が 実 現 可 能 で あ る こ とが 大 き な魅 力 だ と され て い る積 層 造 形 法 で は,実 用 に あ た っ て は本 研 究 で 作 製 した 立 方 体 形 状 の よ う な素 材 で は な く部 品 の ニ ア ネ ッ トシ ェ イ プ で 造 形 す るた め,本 研 究 で 得 た知 見 を そ の ま ま活 か す こ とはで き ない と思 われ ます.
しか し,SLMとEBMの 積 層 法 の違 い が試 料 に もた らす影 響 につ い て調 査 し た本 研 究 か ら得 られ た,予 備 加 熱 工程 の 有 無 と雰 囲 気 の違 い を原 因 とす る微 視 組 織 に生 じ る差 異 とい う結 果 は,部 品 の 造 形 時 に も 同様 に適 用 され る と考 え ら れ ま す.積 層 造 形 装 置 を 導 入 す る に あ た っ て,SLMとEBMの ど ち ら を 選 択 す
るか とい う判 断 が 求 め られ る 時 に,こ の よ うな 実 験 結 果 は 有 用 だ と考 え て い ま す.
II.4参 考 文 献
[A‑4]S.Nakano,T.ShimizuandN.Sato:DieandMouldTech.29(2014)pp.28‑31.
[A‑5]荒 田 吉 明:鉄 と 鋼68(1982)pp.2413‑2420.
[A‑6]D.God丘ey:AdvancingAerosρaceProductionwithArcamElectronBeamMelting Technologソ(Honeywell'sTechnicalReport)
[A‑7]T.Niendorf,S.Leuders,A.Riemer,H.A.Richard,T.Tr6sterandD.Schwarze:
Metall.Mater.Trans.44B(2013)pp.794‑796.
G◎ 鴨 書㈹
Fig.A‑6Acomparisonoflaserweldingwithelectronbeamweldingforpenetration depthhpandactiveparameterabrelation.[A‑5]
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Fig.A‑7 6]
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