金属AMのデジタルツイン科学と超温度場材料創成学

摘要

一般には3Dプリントとして知られ工業的にはAdditive Manufacturing（AM）（日本産業規格では「付加製造」）と呼ばれる技術は，2013年のオバマ大統領の一般教書演説にて製造業に革命を起こす技術として紹介され世界的に注目されはじめた．国内でも，2014年から，複数の国家プロジェクトによりAM技術の開発と，AMを活用した新技術の開発が進められてきた．それらについては，本誌の昨年の特集号にて解説されている．本稿では，これらの解説を参考にして，筆者らの視点による金属AMの動向について解説するとともに，筆者らの取り組みについて，昨年の解説中でも今後の課題とされている「デジタルツインの構築」を推進するための計算機シミュレーションとモニタリングの研究を中心に紹介する．特に，筆者らが「デジタルツイン科学」と称している．シミュレーションと実験データを照らし合わせることにより見出された非常に大きな温度勾配における急速なエピタキシャル成長や，巨大なマランゴニ効果による逆柱状-等軸遷移などの特異な結晶成長に代表される未知現象の発見や新奇現象の解明の研究を紹介する．さらに，それらの研究を深化させるとともに対象とする材料も拡げて，新材料の創製に繋ぐための学術的基盤の構築を目的として，文部科学省·日本学術振興会学術変革領域研究（A）にて実施している「超温度場材料創成学：巨大ポテンシャル勾配による原子配列制御が拓くネオ3Dプリント」について紹介したい．