中性子が3Dプリント部品の応力を検知し、積層造形を前進させる(Neutrons see stress in 3D-printed parts, advancing additive manufacturing)

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2023-10-16 オークリッジ国立研究所(ORNL)

◆科学者たちは、中性子を使用して3Dプリント製造プロセスを原子レベルで観察し、材料内の応力を測定し、原子の応力応答を追跡できることを示しました。この技術はOpeN-AMと呼ばれ、製造中の残留応力を測定するために使用され、赤外線イメージングとコンピュータモデリングと組み合わせることで、製造中の材料の挙動に関する新たな洞察を提供します。
◆この技術は、自動車、航空宇宙、クリーンエネルギー、工具および金型など、高性能部品を必要とする産業に応用できます。この研究は、ORNLのSpallation Neutron SourceのVULCANビームラインで行われ、材料の内部をリアルタイムで観察することを可能にします。研究者たちは、この技術が残留応力をカスタマイズし、部品の強度を向上させ、複雑な形状を実現するのに役立つことを示し、R&D 100 Awardを受賞しました。

<関連情報>

オペランド中性子回折が3Dプリンティングにおける制御されたひずみ進化のメカニズムを解明 Operando neutron diffraction reveals mechanisms for controlled strain evolution in 3D printing

A. Plotkowski,K. Saleeby,C. M. Fancher,J. Haley,G. Madireddy,K. An,R. Kannan,T. Feldhausen,Y. Lee,D. Yu,C. Leach,J. Vaughan & S. S. Babu
Nature Communications  Published:16 August 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-40456-x

中性子が3Dプリント部品の応力を検知し、積層造形を前進させる(Neutrons see stress in 3D-printed parts, advancing additive manufacturing)

Abstract

Residual stresses affect the performance and reliability of most manufactured goods and are prevalent in casting, welding, and additive manufacturing (AM, 3D printing). Residual stresses are associated with plastic strain gradients accrued due to transient thermal stress. Complex thermal conditions in AM produce similarly complex residual stress patterns. However, measuring real-time effects of processing on stress evolution is not possible with conventional techniques. Here we use operando neutron diffraction to characterize transient phase transformations and lattice strain evolution during AM of a low-temperature transformation steel. Combining diffraction, infrared and simulation data reveals that elastic and plastic strain distributions are controlled by motion of the face-centered cubic and body-centered cubic phase boundary. Our results provide a new pathway to design residual stress states and property distributions within additively manufactured components. These findings will enable control of residual stress distributions for advantages such as improved fatigue life or resistance to stress-corrosion cracking.

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