金属光造形複合加工法による格子状多孔質構造の通気特性の検討

摘要

金属光造形複合加工法1)は，金属粉末積層造形と高速切削を融合させた加工法である．本加工法では，レーザ照射条件を変更することで，粗密造形が可能である．Fig.1(a) のような低密度焼結による構造（以下低密度焼結構造）は内部に空孔を有し，多孔質となっているため、通気性能を有する構造（通気構造）となっている．この通気構造は，射出成形時における金型内部のガスに起因して発生する成形不良の対策として有効である．しかし，低密度焼結構造は低いエネルギー密度のレーザ光を任意の面全体に照射することで金属粉末を焼結するため，空孔位置が不均一であり，不完全焼結部が多く残留してしまう．そのため，一定の通気性能を保持しつつ，高い強度の構造を得ることは困難である．そこで，新しい通気構造としてFig.1(b)のような格子状構造の研究を行ってきた．本構造は，低密度焼結構造と比較して高いエネルギー密度のレーザ光により格子状に粉末を焼結させ，格子の間隙を空孔として形成させた通気構造である． 本構造は，低密度焼結構造に比べ高い通気性能と強度を有し，成形不良の低減にも高い効果があることが確認している．しかし，これらの通気構造には必要な通気性能に応じた構造を設計するための指標が示されていない．これまで格子状構造は，特定寸法の試験片を単位時間あたりに通過する空気の量により評価を行った．しかし，本指標では，必要な通気量に対する圧力損失を設計段階で計算する指標が示されていない．本報では，通気構造の通気量-圧力損失を算出する通気量-圧力損失計算の検討を行う．