近 畿 大 学 次 世 代 基 盤 技 術 研 究 所 報 告Vbl.7(2016)89‑94
SLM造 形過程 にお け る レーザ 照射 部 近傍 の粉 体層溶 融凝 固を考 慮 した 過渡伝熱数値解析
池 庄 司 敏 孝*1,京 極 秀 樹2,米 原 牧 子*3,荒 木 正 浩*4,中 村 和 也*4
NumericalSimulationofTransientHeatConductionAnalysisinLaserIlluminatedArea duringSLMProcessincludingMeltingandSolidificationofPowderLayer
Toshi・TakaIKESHOJI*1,HidekiKYOGOKU★2,MakikoYONEHARA*3, MasahiroARAKI央4andKazuyaNAKAMURA央4
Theselectivelasermelting(SLM)isakindofadditivemanufacturingprocesses,which meltsthethinpowderlayerselectivelyandforms3Dobjectbycompilingmanylayers.Toobtain theproperlasermeltingconditionsforSLMprocess,thepredictionofthermalfieldaroundthe scanninglaserspotisnecessary.Inthispaper,afiniteelementmethodoftransientheat conductionanalysisisproposedtopredictthethermalfield.Itisbasedontheenergy conservationequationforenthalpyofbulkmetal,powdermetalandonce‑melt‑andsolidified powdermetal.Themethodincludesthephenomenaofmeltingandsolidificationofpowdermetal.
ThenumericalsimulationusingthismethodisappliedforNi‑basedrefractoryalloy,Inconel‑718, andtheresultsofthesimulationispresentedwithtemperaturecontoursanddimensionsofmelt pool.
KeywordsAdditiveManufacturing, conductivityofpowdermetal
Inconel718,Enthalpyofpowdermetals,Thermal
1.は じ め に
金 属 三 次 元 積 層 造 形(AdditiveManufacturing,AM)
は,マ シ ニ ン グ セ ン タ ー 等 を 用 い た 除 去 加 工 法 や 精 密 鋳 造 と 比 較 し て 三 次 元 的 で 自 由 な 形 状 を 創 生 で き る と期 待 さ れ て い る.AM法 に は レ ー ザ 照 射 型 堆 積 法(Laser Deposition),電 子 ビ ー ム 溶 融 法(ElectronBeamMelting, EBM)な ど も あ る が,本 研 究 で は レー ザ 照 射 式 パ ウ ダ ー ベ ッ ド型 積 層 造 形 法(SelectiveLaserMelting ,SLM)を 扱 う.SLMは 造 形 物 の3Dモ デ ル を 数10オm厚 さ に 仮 想 的 に 薄 く切 断 し て ス ラ イ ス モ デ ル つ く り,ス ラ イ ス モ デ ル と 同 等 な 数10μm厚 さ に ひ い た 金 属 粉 体 層 を レ ー ザ
で 選 択 的 に溶 融 凝 固 させ る過 程 を繰 り返 して 粉 体 層 を 積 層 す る こ とに よ り,金 属3D造 形 物 を得 る 方 法 で あ る.
SLMは 粉 体 層 厚 さが薄 い こ と と,レ ー ザ ー ス ポ ッ ト 径 が 比 較 的小 さい た め,他 のAM過 程 と比 較 して形 状 精 度 が 良 い と され て い る.し か し,Ni基 合 金 や ステ ン レス 鋼 の造 形 で は造 形 物 の 変 形 が 問 題 とな る場 合 が あ る.造 形 物 の 変 形 を 予 測 す る た め に は レー ザ ー ス ポ ッ ト周 り の 温 度 場 を 明 らか に す る こ とが 必 要 で あ る.
SLM過 程 の レー ザ ー ス ポ ッ ト周 りの 温度 場 を過 渡 伝 熱 解 析 す る 研 究 は こ れ ま で に も な さ れ て い る.
Matsumotoet.al.は2次 元 有 限 要 素 法 を用 い てパ ウダ
原 稿 受 付2016年5月7日
*1近 畿 大 学 次 世 代 基 盤 技 術 研 究 所 准 教 授(〒739・2116東 広 島 市 高屋 うめ の 辺1番)E・mailikeshoji 。[email protected]
*2近 畿 大 学 ■「学 部 ロ ボテ ィ ク ス ■「学 科 教 授,次 世 代 基 盤 技 術 研 究 所 教 授(〒739‑2116東 広 島 市 高 屋 うめ の 辺1番) E‑[email protected]
囎 近 畿 大 学 次 世 代 基 盤 技 術 研 究 所 研 究 員(〒739・2116東 広 島 市 高 屋 うめ の 辺1番)
*4技 術 研 究 組 合 次 世 代 金 属3D積 層 技 術 総 合 開発 機 構(TRAEAM)近 畿 大 学 広 島 分 室 研 究 員 (〒739・2116東 広 島 市 高 屋 うめ の辺1番)
連 絡 先:池 庄 司 敏 孝(研 究代 表 者)
一 ベ ッ ド上 を レー ザ 走 査 した 状 況 を粉 体 か ら 固体 へ の 変 化 は熱 伝 導 解 析 で 相 変 態 を 考 慮 して 行 っ た(1).3次 元 の 熱 伝 導 解 析 と造 形 物 の 変 形 の 予 測 はZaeh&Branner が 行 った が,粉 体 の 物 性 につ い て は 考 慮 に入 れ て い な い (2,3).粉 体 の 物 性 値 につ い て はHusseain,et.alが 粉 体 中 の 空 孔 率 を φ で熱 伝 導 率 をkp。wd。,=kbulk(1一 φ)と推 定 して レー ザ ー ス ポ ッ ト周 りの 温 度 分 布 を過 渡 伝 熱 解 析 で 得 て い る.こ の粉 体 の 熱 伝 導 率 はLoebの モ デ ル と 等 価 で あ る が,推 定 値 が 実 測 値 よ りも10倍 以 上 とな る.
同 様 な 粉 体 モ デ ル で 熱 伝 導 解 析 と残 留 応 力 解 析 を Hodge,et.al.が 行 っ て い る ω.粉 体 層 の 熱 伝 導 率 を よ り 精 度 の 高 い近 似 で解 析 に 含 め る こ とが必 要 で あ る.
粉 体 層 の 熱 伝 導 率 に つ い て は 多 くの モ デ ル が提 案 さ れ て い る(5‑10).多くの モ デ ル は粉 体 の粒 径Dpを 一 定 と し て 完 全 球 の 粉 体 が 空 隙 率 ∈ で 充 填 され て い る と し,充 填 の され 方 を幾 何 学 的 に 表 し,接 触 熱 伝 達 と輻 射 熱 伝 達
を考 慮 したモ デ ル を 作 っ て い る.
本 研 究 で は粉 体 の 熱 伝 導 率 を 実 測 値 と比 較 的合 致 す るKunii‑Smithモ デ ル(11,12)を用 い,溶 融 凝 固現 象 はエ ン タル ピ を用 い た エネ ル ギ保 存 則 を解 く こ とで考 慮 し,か っ,粉 体 の 溶 融 凝 固 に よ る密 度,エ ン タル ピ,熱 伝 導 率 の 温 度 依 存 性 を加 味 す る.
2.解 析 方 法
SLMの 造 形 条 件 と して は レー ザ 出 力(PW),レ ー ザ ー ス ポ ッ ト径(SD),レ ー ザ 走 査 速 度(SS),ハ ッ チ 幅(dy), 粉 体 層 厚 さ(dz)が あ り(図1),SS,dy,dzを 組 み 合 わ せ た エ ネ ル ギ 密 度EW!mm3を 目 安 と す る.
PW E̲SS xdyxdz
本 解 析 で はInconel718バ ル ク 体 の 上 に 厚 さdzニ50 オmの 粉 体 層 が 積 層 され て い る と し た.粉 体 は 粒 径Dp=
40オmが 最 疎 充 填 さ れ,空 隙 率 は ∈‑0.476と した.
造 形 条 件 はPW=292,W,SD=0.1,mm,SS=610,
mm!s,dy=0.15,mmと し,エ ネ ル ギ 密 度 は63.8 W!mm3と な っ た.
解 析 領 域 は 幅0.95× 長 さ5.5× 高 さ0.35mmの 直 方 体 と し,幅 方 向 と長 さ方 向 の 端 か ら0.25mmの 位 置 を原 点 に,長 さ 方 向 に5mmの 線 に 沿 っ て レー ザ を 走 査 し,幅 方 向 に0.15mmず ら し て,折 り返 し5mm走 査 し,再 び, ず ら して 折 り返 し た と 仮 定 した(図2).
2.11nconeI718の 物 性 値
Inconel718の 物 性 値 は 比 較 的 新 し く温 度 依 存 性 も 詳 細 に 測 定 し たPottlacher,et.al.(13,⑳ の 結 果 を 用 い た.
比 エ ン タ ル ピhM,J!kgは 以 下 の とお り で あ る.
PW,
\ー㌢
︑︑ゾ.窯d
渓
︑ r噂 襲 拒
慌距o口 '︑鯨価O
hM(T)̲
/ S
'.で﹂
う /
°㌔,,,'1°瓦
'
''ノ'
'
dz
図1.造 形 条 件 の記 号
.一〕ナ ・㌔
・ ≒ 豪≡ 論 鋤自 籔 釦
図2.解 析 領 域,単 位mm.
‑104 ,989十286T十 〇.165T2
f°5
0.25
(400<T<1000K)
‑319 ,284十652T(1000<T<1528K)
‑4 .7596x106十3.5580x103T
(1528<T<1610K)
‑283 ,854十778T(1610<T<2100K) 密 度 ρ,kglm3は
PA(τ)=
8256.42‑0.2019T‑1.3779x10‑4T2 (400<T<1000K) 8392‑0.431T(1000<T<1528K) 1.0587x104‑1.8672T
(1528<T<1610K) 8366‑0.488T(1610<T<2100K)
比 熱 はc,J1(kgK)は 比 エ ン タ ル ピ の 温 度 微 分 を と っ て 以 下 の よ う に な る.
dhM cA(T)̲dT
‑{;美+°.337°T(4° °<T<1° °°K)(1000<T<1528K) (1610<T<2100K)
密 度 と比 熱 か ら 単 位 体 積 当 た り の エ ン タ ル ピ,hV,J!m3, は 以 下 の よ う に 算 出 で き る.
hv,400(T)一五渉 誕
̲‑1.1600x109十2.3613x106T十1.3623
x103TZ‑3.5435x10̲2T3‑1.1272 x10‑5T4
hv ,ioo・(T)一 塩 ρ一 ㎞dT+hv,400(・ …)
̲‑5.3311x109十5.4716x106T‑1.4051
×102T2+ん 防、。。(1000)
̲‑2.8141x109十5.4716x106T‑1.4051
x10ZT2
hv ,f(T)‑TPfcfdT
iszs‑hv,iOOO(・528)
̲‑4 .9799x1010十3.76667x10'T
‑3321 .76T2十hv ,iOOO(1528)
̲‑4 .4581x1010十3.76667x10'T
‑3321 .76TZ
幅 ・(T)一 塩 ρ一 偽(・6・ ・)
̲‑9 .987x109十6.5088x106T‑1.8983
×102T2十hv ,f(1610)
̲‑2 .5345x109十6.5088x106T‑1.8983 x102T2
こ れ をInconel718バ ル ク 体 の 単 位 体 積 当 た り の エ ン タ
ル ピ と し た.
hA(T)ニh。(T) 熱 伝 導 率 λ,W1(Km)は
λ・(τ)一{1.1224+°.°165T4
.8985+0.0136T(1° °°<T<1528K)(1600<T<2100K) と した.
2.21nconel718粉 体 の 物 性 値
Inconel718粉 体 の 物 性 値 は 推 定 値 を 用 い た.密 度pB, kglm3は 粉 体 の 空 隙 率 ∈ を 用 い て(図3)
PsCT)=C1‐E)PACT)
単 位 体 積 当 た りの エ ン タ ル ピhB,J!m3は(図4) hB(T)̲(1‑E)hA(T)
熱 伝 導 率 はKunii‑Smithモ デ ル(12,13)を用 い て 推 定 し た.
響=E1+棚 薄 ジ1(葡
β は熱 流 れ 方 向 の 粉 体 粒 子 間 距 離 と粒 径 の 比 で あ り最 疎 充 填 な の で β=1と した.γ は 固体 内熱 伝 導 に 関 す る 粒 子 平 均 厚 さ と粒 子 直径 の 比 で あ る が,γ=1と した.φ は 粒 子 周 囲 の気 体 の 有 効 膜 厚 さ と粒 子 直 径 の比 で あ り,
1̀K‐1)ZsineB2K
̲¥/V/
21n(x ‐(K‐1)cosB)‐K
x1(1‐cos8)3K
こ こ で,sinθ=0.839773,cosθ=0.542938と し た.
sas口
日looo
7、ooo 讐豆
6・o。。
ゴ'哲 5、。。。
m
4,00D
一PA{T)一 一一Ps{T)
3Poo
2AOO
0500{OOO15{〕0200025003000
Trn叩6r幽 阻 ゜C
図3.Inconel718の 密 度 変 化 の 温 度 依 存 性
8.dE+19
7一旺+ユ ロ
6.OE+10
5」 正 尋10・
墨
a4.9モ+1°
W 3AE,1。
1.OE+10
10ピ+10
一H高1η 一 一H日{Tl
H昌{T〕={1‑eps)xH直ITl
叩s=o』 ア5
Powder Solid
Liquid
'
fl.°F+° °..
a
に ヨ三)!
soa 1曲 。15曲 猟 捌soo。
Tempera電 巳r噂,駐
図4.Inconel718の 単位 体 積 当 た りの エ ンタ ル ピ変 化 の温 度 依 存 性
5a
45 44
玄35
阜3°ミ ニ5 豊 喜2°
雇15 輔 10 x
5 a o
一 λへIT}一 一一 λ臼IT〕
Solid
{Liqu薩d〕
̀Powder tI
,!1にunij&SmithModd,
"eps≡Oノ
.47∈ト〕
与OOlOOO1与OO2002与[塾0300 Tempe旧h」 鴫 ℃
図5.Inconel718の 熱 伝 導 率 の 温 度 依 存 性
h,vJ1(m2sK)は 粉 体 中の 空 隙 一空 隙 間 の輻 射 伝 熱 係 数 で あ り,h,、J1(m2sK)は 固体 面 一 固体 面 間 の 輻 射 伝 熱 係数 で あ る.
2.2697693x1°̲4Tish r°E1‐ax¥1001
1+2(1 ‐E)a
(1(13hrs=2.2697693x10̲4
̀2aa/X¥1001
雰 囲 気 気 体 の 熱 伝 導 率 はHoshino,T,et.al.(15)の 実 験 式 を 用 い た.
λ、(T)一 存(‑92.39T+1.647+5.225× ・凹) 液 相 線 以 上 の 温 度 域 で のInconel718粉 体 の熱 伝 導 率 はInconel718バ ル ク 体 の 液 体 の 熱 伝 導 率 と同 じ と した.
粉 体 もバ ル ク体 も溶 融 状 態 で は 同 じ液 体 だ か らで あ る (図5).
Kunii‑Smithモ デ ル に よ り推 測 したInconel718粉 体 の 熱 伝 導 率 は1000Kで 約0.5W1(mK)で,バ ル ク体 の 熱 伝 導 率 約16W1(mK)の1180程 度 とな っ た(図6).粉 体 の 粒 径 が4μmと40オmで は ほ ぼ 同程 度 で あ る が, 400オmで は1000Kを 超 え る高 温 域 で40オmの 場 合 に比 べ て5%程 度 大 き く な っ た .空 隙が大 き くなったた め 輻 射 伝 熱 の影 響 が 大 き くな っ た めで あ る.一 方,粒 径 を 40オm定 と して 輻 射 率 を0.1〜0.50と 変 化 させ る と, 輻 射 率 の増 加 に伴 い熱 伝 導 率 も増 加 す る が,輻 射 率 に よ
る差 異 は大 き くな か っ た(図7).
2.3溶 融 凝 固 モ デ ル
粉 体 の溶 融 と凝 固 は 有 限 要 素 に 割 り当 て た 物 性 値 を 節 点 温 度 に よ り変 更 す る こ とで 本 解 析 に組 み 込 ん で い る.
バ ル ク体 の密 度,単 位 体積 当た りの エ ン タル ピ,熱 伝 導 率 をPa(T),hA(T),λA(T),粉 体 の物 性値 をPa(T),hg(T), λB(T)と す る.解 析 に用 い る物 性 値(Mat.Prop)は3種 類,#1〜#3と した(表1).#1はInconel718バ ル ク体
を表 す.#2はInconel718粉 体 が,一 旦,溶 融 した 後 に 凝 固 した 物 質 と した.こ の 物 質 は 粉 体 で は な く,バ ル ク 体 で あ る が有 限要 素 に 占め る物 質 の 量 が少 な く,バ ル ク 体 の1‑∈ 倍 で あ る.そ の た め,密 度,単 位 体 積 当 た りの エ ン タル ピ は粉 体 の値 を 用 い,熱 伝 導 率 はバ ル ク体 の 値 を用 い た.こ れ はInconel718粉 体 が有 限要 素 に 占 め る 体 積 が バ ル ク体 よ りも小 さい た め,溶 融 凝 固 した 後 で も
同 様 だ か らで あ る.し か し,熱 伝導 率 は溶 融 凝 固 して 空 隙 が な くな っ た た めバ ル ク体 と 同等 で あ る.#3は 粉 体 で あ る.
8
o:
唇5祠,ロロロO
(ゴE冨弓.ぎ一り"ロ仁ロリ一冊田=
62
り し リ リロ し
̲.
一一 一一一一 ∫,,川lI'r'」 ・r〔Iis
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㎜ 軸 創]口 脚1㎜1皿 〕1司00r㎜
re叩erature,K
図6.Kunii‑Smithモ デ ル に よ るInconel718粉 体 の 熱 伝 導 の 粒 径 に よ る 変 化.
49
p.7
目5尋幽JOOOO
(〜一E}㌔雪.首一冨コロEOロ毎艸工
0.2
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U.1 :0040060口
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㎝ 〕1㎝ 〕12〔a:40010 T居 冊口曽旧tu隠,匡
図7.Kunii‑Smithモ デ ル に よ るInconel718粉 体 の 熱 伝 導 の 輻 射 率 に よ る 変 化(粒 径40μm).
胃.
Wit.一 一一'tz̀r;
f‑}y .Fr■ 昌
表1.Inconel718バ ル ク 体,溶 融 凝 固 粉 体,粉 体 の 物
性 値 選 択 ̲乙̲̲̲̲̲̲一̲:ヱ̲
Mat.Prop.ρ(T)h(T)λ(T)
#i
#2
#3
A
B
B A
B
B A
A
B
Bulk Melted&Solidified
Powder Powder
5〔】2004006008001000125013403000
図8.レ ー ザ ー ス ポ ッ ト周 りの 溶 融 凝 固 に よ っ て変 換 され た有 限 要 素(上)と 温 度 分 布(下).
1つ の有 限要 素 が解 析 初 期 に粉 体 とす る と,物 性 値 は
#3で あ る.過 渡 伝 熱 解 析 を進 め る途 中 で熱 伝 導 に よ り要 素 節 点 の温 度 が 上昇 した とす る.有 限要 素 に含 ま れ る全 節 点 の 温 度 が 固相 線 を超 えた 際 に,物 性値 を#2の 溶 融 凝 固 した 粉 体 に変 更す る.図8に レー ザ 走査 開 始 後30時 間 ス テ ッ プ計 算 後 の 有 限 要 素 に割 り当 て られ た物 性 値 と 温 度 分 布 を,計 算 領 域 上 面 と断 面 で 示 す.レ ー ザ 走 査 は 図 中左 か ら右 へ 進 む が,先 頭 の レー ザ ー ス ポ ッ ト周 りで は 有 限 要 素 に 含 ま れ る全 節 点 が 固 相 線 温 度(1260°C)以 上 に な っ て い な い た め に 温 度 の み 高 くな り,物 性 値 が#3 か ら#2に 交換 され て い ない 要 素 が観 察 され た.
2.4境 界 条 件 お よ び 初 期 条 件
解 析 領 域 の側 面 と底 面 はInconel718バ ル ク体 が 連 続 的 に続 い て い る と し,熱 伝 導 率18W1(mK)の 熱 流 出 境 界 条 件 を負 荷 した.上 面 は 窒 素 の 気 流 に晒 され て お り, 熱 伝 達 率40W1(mK)の 層 流 熱 伝 達 条 件 を負 荷 した.
レー ザ 照 射 部 の表 面 に は 熱 流 束 を負 荷 した.レ ー ザ の 強 度 はガ ウシ ア ン 分布 に 従 う と した.レ ー ザ 照射 中心 か
らr,mの 円 形 の 内 側 の 強 度P,Wは レー ザ ー パ ワ ー をPo と す る と,
P(・)‑P。(1‑e‑2「2/w2)
1〃 は レ ー ザ ー ス ポ ッ ト径 で あ る.r1<r<r2の 輪 状 の 範 囲 の 熱 流 束q,W!m2は
pa(e‑2ri/w2̲e‑2r2/w21 9=PCrz)‑pCri)̲
rc(r2‐ri) 熱 流 束 を 負 荷 す る範 囲 はr<ZWと し た.
解 析 領 域 中 の バ ル ク 体,粉 体 の 初 期 温 度 は50°Cと し た.
3.結 果 な らび に 考 察
図9に レー ザ 走査 に よ る解 析 領 域 上 面(レ ー ザ 照 射 面) の 温 度 分 布 の変 化 を示 す.レ ー ザ 照 射 開始 か ら最 初 の 走 査(1・tPath)の 途 中(t=6.15s)で は,レ ー ザ ー ス ポ ッ ト径 と同 程 度 の幅 で,レ ー ザ 走 査 方 向 につ い て対 称 な 溶 融 池 が 形 成 され た.溶 融 池 は ほぼ 紡 錘 形 で あ る が,溶 融 地 後 方 で は走 査 方 向 に 直行 方 向 に平 坦 な温 度 分 布 とな っ た.
15tpath,
t曽6.15m5
∋
2ndt=143m5
∈=w
3rdt=う 唖FF‑
司
b q■ ■■■■ ■幽 ・
一
5040080012403000 一 20060010001360
図9.解 析領域 上面の温度 分布
'、
'一
、
・'》
、}
鳶 壷 }
一
titi‑
5
図10.解 析 終 了 時 点 で のInconel718バ ル ク 体(#1)と 溶 融 凝 固 した 粉 体(#2).
これ は溶 融 池 後 方 で は 凝 固 が お こ り,有 限要 素 の 物性 値 が バ ル ク体 と同 じ熱 伝 導 率 とな って い る た め,粉 体 の 部 分 よ りも伝 熱 に よる熱 の 散 逸 が 大 きい た め と考 え られ る.
2番 目の 走 査(2・dpath)で は溶 融 池 の側 面 が 図 中 上 方 で は 走 査 方 向 に対 して狭 くな り,非 対 称 な 紡 錘 形 とな っ た.
最 初 の 走 査 に よ り既 に 図 中 上 側 が 凝 固 して い るた め,下 側 の 粉 体 よ りも熱 伝 導 率 が 高 く な っ てい る た め と考 え ら れ る.3番 目の 走 査(3・dPath)で は溶 融 池 の非 対称 は よ り 強 調 され る よ うに な っ た.粉 体 の 溶 融 凝 固 を加 味 した解 析 モ デ ル に よ り溶 融 池 が 非 対 称 形 状 に な る こ とが 明 らか に な った.
粉 体 層 の初 期 温度 は50°Cと され た が,解 析 後,全 体 的 に200°C以 上 とな っ た.こ の こ とか ら,実 際 の 造 形 に で は 積 層 を重 ね る ご とに 粉 体 層 が 当初 の想 定 温度 よ りも 高 い 温度 に保 たれ る こ とが 懸 念 され る.
解 析 終 了 時 点 で の粉 体 が 割 り当て られ た有 限 要 素 を取 り除 い たInconel718バ ル ク体(#1)と 溶 融 凝 固 した 粉 体 (#2)が 割 り当 て られ た 有 限 要 素 を図 に示 す.Inconel718 バ ル ク体 の上 に,白 線 で 縁 取 り され た溶 融 凝 固 した 粉 体 が 示 され て い る.白 線 が 二 重 に な っ てい る部 分 は も との 粉 体 の 厚 さを示 して い る.レ ー ザ 走 査 の端 点 で は レー ザ ー ス ポ ッ トの 円形 形 状 に 沿 っ た 形 で 溶 融 凝 固 した様 子 が 現 れ て い た.ま た,2番 目の 走 査(2・dpath)の 端 点 で は 前 の 走 査 に よ る溶 融 凝 固 部 との 問 に未 溶 融 部 が残 され て い た.
4.ま とめ
粉 体 の熱 伝 導 率 をKunii‑Smithモ デ ル を導 入 し,か つ, 粉 体 の 溶 融 凝 固 に よ る密 度,エ ン タル ピ,熱 伝 導 率 の 温 度 依 存 性 を加 味 した過 渡伝 熱 解 析 を行 っ た結 果,SLM造 形 過 程 にお け る レー ザ 照 射 部 近 傍 の温度 分 布 を 予 測 す る
こ とが で き た.
参 考 文 献
(1)MatsumotoM,ShiomiM,OsakadaK,AbeF,
"Fi
niteElementAnalysisofSingleLayerFormingon MetallicPowderBedinRapidPrototypingby SelectiveLaserProcessing",InternationalJournalof MachineToolsandManufacture,42,1(2002),61‑7.
(2)ZaehMF,BrannerG,"lnvestigationsonResidual StressesandDeformationsinSelectiveLaser Melting",ProductionEngineering,4,1(2010),35‑45.
(3)ZaehMF,BrannerG,KrolTA,editors,A,"Three DimensionalFe‑ModelfortheInvestigationof TransientPhysicalEffectsinSelectiveLaserMelting", 4thInternationalConferenceonAdvancedResearch
inVirtualandPhysicalPrototyping,VRAP2009, October6,2009‑October10,2009;2010Leiria, PortugalTaylorandFrancisBalkema.
(4)HodgeNE,FerenczRM,SolbergJM,
"lmplementationofaThermomechanicalModelfor theSimulationofSelectiveLaserMelting",Comput Mech,54,1(2014),33‑51.
(5)JaguaribeEF,BeasleyDE,"Modelingofthe EffectiveThermalConductivityandDi血sivityofa PackedBedwithStagnantFluid",International JournalofHeatandMassTransfer,27,3(1984),
399‑407.
(6)WilthanB,SchuetzenhoeferW,PottlacherG,
"ThermalDiffusivityandThermalConductivityof FiveDifferentSteelAlloysintheSolidandLiquid Phases",IntJThermophys,36,8,(2015),2259‑72.
(7)TsotsasE,MartinH,"Thermal‑Conductivityof Packed‑Beds‑aReview",ChemicalEngineeringand Processing,22,1,(1987),19‑37.
(8)DuncanAB,PetersonGP,FletcherLS,"Effective ThermalConductivitywithinPackedBedsofSpherical Particles",JournalofHeatTransfbr・Transactionsof theAsme,111,1‑4,(1989),830‑6.
(9)ZengK,PalD,TengC,StuckerBE,"Evaluations ofEffectiveThermalConductivityofSupport StructuresinSelectiveLaserMelting",Additive Manufacturing,6,0,(2015),67‑73.
(10)BedarkarS,ViswanathanNN,BallalNB,
"MeasurementofThermalConductivityAlongthe RadialDirectioninaVerticalCylindricalPackedBed", JournalofPowderTechnology,2015,(2015),7.
(11)矢 木 栄,国 井 大 蔵,"充 填 層 の 有 効 熱 伝 導 度 に 関 す る 研 究",化 学 工 学,18,12,(1954),576‑85.
(12)国 井 大 蔵,"粉 粒 体 の 伝 熱",日 本 機 械 学 會 誌,60,456, (1957),54‑61.
(13)PottlacherG,HosaeusH,KaschnitzE,SeifterA,
"ThermophysicalPropertiesofSolidandLiquidInconel 718Alloy",ScandinavianJournalofMetallurgy,31,3, (2002),161‑8.
(14)PottlacherG,HosaeusH,WilthanB,Kaschnitz E,SeifterA."ThermophysicalPropertiesofSolidand LiquidInconel718".ThermochimicaActa,382,1‑2 (2002),255‑67.
(15)HoshinoT,MitoK,NagashimaA,MiyataM.
"DeterminationoftheThermal‑ConductivityofArgon andNitrogenoveraWideTemperatureRangethrough DataEvaluationandShock‑'14ibeExperiments".IntJ Thermophys,7,3(1986),647‑62.