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村松 壽晴
レーザ加工学会誌, 25(2), p.81 - 85, 2018/06
金属粉末直噴型レーザコーティングプロセスで発生する溶融・凝固現象などを含む複合物理過程を把握し、レーザ照射条件の適切化作業を合理的に行えるようにするため、ミクロ挙動とマクロ挙動とを多階層スケールモデルにより接続する気-液-固統一非圧縮性粘性流解析コードSPLICEを開発中である。同コードを用いた数値解析を通じ、レーザコーティングに係る設計空間などを可視化することで、レーザ照射条件設定に係るオーバーヘッドの大幅低減が可能であることを確認した。
村松 壽晴
第84回レーザ加工学会講演論文集, p.113 - 116, 2016/01
レーザー加工において、意図した性能や製品を実現するためには、ここで発生する溶融・凝固現象などを含む複合物理過程を把握した上で、レーザー照射条件などを適切に設定する必要がある。しかし、この条件適切化作業は、繰返しによる膨大なオーバーヘッドを伴うのが一般的であり、多品種少量生産などを指向する産業分野へのレーザー加工技術の導入を阻害する一因ともなっている。原子力機構では、加工材料にレーザー光が照射されてから加工が完了するまでの複合物理過程を定量的に取扱えるようにするため、ミクロ挙動とマクロ挙動とを多階層スケールモデルにより接続した計算科学シミュレーションコードSPLICEを開発中である。このSPLICEコードをレーザーコーティングプロセスに適用し、設計空間の可視化、レーザー照射条件の設定などを通じて、コーティングプロセスに係わるオーバーヘッドを効果的に低減させることが可能であることを確認した。
村松 壽晴; 吉氏 崇浩
no journal, ,
昨今のレーザー加工技術に関する展示会などからも分かるように、高エネルギー密度と局所加工性など、優れた熱源としてのレーザー光の特性を背景として、多くの産業分野において様々な材料加工がレーザーを用いて行われている状況にある。更には、福島第一原子力発電所の燃料デブリ取出しへのレーザー加工技術の適用性評価なども、基礎・基盤的な観点から進められている。他方、レーザー加工において、意図した性能や製品を実現するためには、ここで発生する溶融・凝固現象などを含む複合物理過程を把握した上で、レーザー照射条件などを適切に設定する必要がある。しかしながら、この条件適切化作業は、繰返しによる膨大なオーバーヘッドを伴うのが一般的であり、多品種少量生産などを指向する産業分野へのレーザー加工技術の導入を阻害する一因ともなっている。発表では、加工材料にレーザー光が照射されてから加工が完了するまでの複合物理過程を定量的に取扱えるようにするために開発中の、計算科学シミュレーションコードSPLICEの概要と評価例、およびオーバーヘッドの大幅低減を目指し、SPLICEコードをレーザー照射条件導出のための手段として利用したフロントローディング実現に対する見通しを述べる。
菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 鳥本 和弘; 村松 壽晴
no journal, ,
レーザーコーティングとは、従来の肉盛溶接を、レーザーを利用することでより薄くコーティングする新しい溶接技術である。本研究では、放射光X線を利用したイメージング法、及び回折法を適用し、「軽い・薄い(価格が)安い・強い・長持ち」といったユーザーニーズに応えるデライト設計ベースの工業製品開発およびそれらを実現するためのコーティング装置に必要なレーザーコーティング技術を確立するための基礎研究を行った。実験は、SPring-8、BL22XUを用いて実施した。
0.2mm銅球が基板上に広がる時間とレーザー出力との関係をイメージング法により観察した結果、銅球と基板の融点を比較した場合、銅球<基板ではレーザーが低出力ですぐに基板上に広がるのに対して、銅球>基板ではレーザーが高出力でないと基板上に広がらないことを明らかにした。一方、噴出時の金属球の温度分布測定で得られた
Fe111回折プロファイルより温度を算出した結果、レーザー照射される3.5mmと比べて、レーザー照射域を通過したそれ以外では高温領域で回折プロファイルの裾が広がっていることから、金属球は高温状態(一部液体状態)であることを明らかにした。
佐藤 雄二; 白濱 卓馬*; 石橋 淳一*; 村松 壽晴
no journal, ,
CPSは、フィジカル空間(現実世界)でセンサー等の情報収集を行い、収集したデータをサイバー空間でデータを分析し、これまで「経験と勘」に頼っていた生産、開発を効率化するシステムである。しかし、フィジカル空間では、センサーシステムの発達によって、多様なデータを収集することができるが、一方、それを処理して加工条件を導出する数値解析技術には、スーパーコンピューターなどの大規模コンピュータで処理するため、汎用的とは言い難かった。そこで我々は、汎用エンジニアリングワークステーションでも数値解析を可能にするSPLICEコードを開発した。本コードは、ミクロ挙動とマクロ挙動を多階層スケールモデルにより接続し、気相・液相・固相を一流体モデルにより定式化した非圧縮性粘性流モデルを基礎式に採用した。本発表では、開発したSPLICEコードを用いて、レーザー加工の一つであるレーザーコーティングの設計空間を導出し、加工に必要な最適条件を試行錯誤実験なしに導出する技術を確立した。さらに、レーザーコーティングのCPS構築に対する見通しを得たので併せて報告する。
佐藤 雄二; 塚本 雅裕*; 村松 壽晴
no journal, ,
レーザーコーティングは、新たな機能を付与するために、基板とは異なる金属粉末をレーザーによって溶融、堆積させる手法である。しかし、高品質な皮膜を形成するには、金属粉末の供給量やレーザーの出力設定など、基板と金属粉末材料の組合せに応じて適切化する必要があり、大変時間を要してしまう。そこで、我々は、計算科学シミュレーションコードSPLICEをレーザーコーティング用に拡張し、供給粉末量や皮膜厚さなどの要求仕様を満足する設計空間を導出した。さらに、計算結果に対応する条件にてレーザーコーティングを行い、設計空間の評価を行った。
佐藤 雄二; 白濱 卓馬*; 石橋 淳一*; 村松 壽晴
no journal, ,
CPS設計空間では、フィジカル空間にて実験・検証を行うと初期の設計空間との相違点が生じるため、フィジカル空間からのデータに基づいて再度、設計空間を導出することが必要となる。本研究では、レーザー加工の一つであるレーザーコーティングを用いて、制御可能パラメータに基づきシミュレーションコードSPLICEによる設計空間を導出し、フィジカルデータとの検証を行った。その結果、要求仕様と解析結果との相違点を抽出し、再度、SPLICEで設計空間を再導出すると、従来よりも制度の高い設計空間が導出できることを明らかにした。