インコネルの重要なパラメータ: レーザー粉末床溶融中のインコネル 719 への影響の研究

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最近出版された「レーザー粉末床融合によって製造されたインコネル 719 の特性に対する最も重要なパラメータの影響」では、フィンランドの研究者で論文学生のカレ・コータネンが、レーザー粉末床融合によって製造されたインコネル 719 に対するパラメータの影響を明らかにしようとしています。

すべての AM テクノロジーを考慮した場合の AM サービスと製品の世界売上高 (mod. Wohlers 2019、p. 164.)

ここで、Kohtanen は、インコネル 718 を調査し、キーホール形成、伝導モード、融合の欠如、ボールアップなどの現象だけでなく、レーザーパワーベッド融合のパラメーターについてさらに学ぶ際に使用する実質的なデータを構成しました。

このプロジェクトは 2018 年 1 月から 2020 年 12 月末まで実施され、Kohtanen 氏は Etteplan 社および Metal 3D Innovations (Me3DI) プロジェクトによる LUT のレーザー材料処理の研究者と協力してこの論文を執筆しました。

L-PBF の製造には、材料やスライス中に確立された層の数に応じて、いくつかの簡単なステップを何度も繰り返すだけで済みます。

L-PBF メカニズムの概略図 (Atwood et al. 2018, p. 648)。

通常、各印刷サイクル後に粉末はリサイクルできるため、廃棄物がないという点で L-PBF プロセスは非常に魅力的です。

インコネルには、スペシャル メタルズ コーポレーションが製造する一連のニッケル合金が含まれており、インコネル 718 はその製品ラインの 1 つの特定の合金として機能します。 実際、インコネル 718 はその機械的特性により「超合金」であり、ガス タービン、被覆材、さらには航空宇宙などの分野での応用の可能性を示しています。 ただし、著者によると、せん断強度が高いため、改善の余地があるとのことです。 この材料は、熱伝導率が劣っており、材料除去率が低いとも考えられています。 このような課題は、エネルギーの使用とともに、手頃な価格が問題になる可能性があることを意味します。

「従来の機械加工は効果的ではないため、PBF は工具不要のプロセスであるため、L-PBF プロセスではインコネル 718 がよく使用されます」と Kohtanen 氏は述べています。

インコネル 718 を構成する多くの合金成分には、主にニッケル、クロム、鉄が含まれます。 約 110 のパラメータが L-PBF 全体に影響を及ぼし、それらはさまざまな方法で分類されます。 レーザー ビームと材料の相互作用モデルは、位置と相互作用の観点からこれらのパラメーターを定義します。

さまざまなレーザービームと材料相互作用ゾーンにおける有害な欠陥の概要 (mod. Saunders 2017)

「インコネル 718 を L-PBF で製造する際の主な入力パラメータは、溶融池の特性に直接影響します。溶融池が安定性を失い、波打ち、スパッタリングを開始すると、ボール化や気孔形成など、さまざまな種類の欠陥が発生し始めます。 」と著者は結論として説明し、計算上の走査速度、レーザー出力、ハッチ間隔、層厚さを組み合わせた体積エネルギー密度、VEDに焦点を当てました。

「VED の値が大きいと (レーザー出力が高く、スキャン速度が遅い)、前の溶融層に多孔性が形成され、溶融金属粒子が飛散します。このレーザー ビームと材料の相互作用モードはキーホール効果モードです。VED 値が低いと、融合相互作用モードの欠如が発生します。」このモードでは、溶融プールが小さすぎるため、溶融層は互いに結合を形成しません。また、すべての粉末が溶融しないため、一部の未溶融粉末が層の間に残ります。これらの欠陥のうち 37 個が存在するため、溶融が不足すると、引張特性が大幅に低下し、気孔率と表面粗さが高くなります。」

材料科学は 3D プリンティングを改良するために不可欠であり、世界中の研究者がインコネルによる新規開発から金属プリントによるサポート除去の処理、その他の超合金の製造に至るまで、研究、開発、実験に熱心に取り組んでいます。

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団結するインタラクションゾーン (Saunders 2017)。

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