近畿大学次世代基盤技術研究所報告 Vol.2（2011）95−100 ㉸◳ྜ㔠ࡢ࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧ Direct Selective Laser Melting of WC Cemented Carbide ◊✲௦⾲⪅ ᕤᏛ㒊▱⬟ᶵᲔᕤᏛ⛉ ᩍᤵ ிᴟ ⚽ᶞ Hideki Kyogoku ඹྠ◊✲⪅ ᕤᏛ㒊ᶵᲔᕤᏛ⛉ ᩍᤵ ⏕⏣ ᫂ᙪ Akihiko Ikuta ᕤᏛ㒊ᶵᲔᕤᏛ⛉ ㅮᖌ ୖ᳃ Ṋ Takeshi Uemori ᕤᏛ㒊ᶵᲔᕤᏛ⛉ Ꮫ⏕ ⓑᆅ ㈗அ Takayuki Shirachi (⊂)⌮Ꮫ◊✲ᡤ ඹྠ◊✲ဨ ྜྷᕝ ◊୍ Kenichi Yoshikawa (⊂)⌮Ꮫ◊✲ᡤ ௵◊✲ဨ ᳃ ᩚ Hitoshi Omori In this study, the fabrication conditions of WC cemented carbides by direct selective laser melting were investigated. The effects of additives, such as Co, Cu-20%Sn and Cu powders, and laser melting conditions on laser scanning process were examined to fabricate a sound laser-scanned body of WC cemented carbides. The optimum laser power, scan speed and scan pitch were found out by experiments. It was found that the continuously smooth single-scan track can be obtained at a lower laser power and a higher scan speed by the addition of 30% Cu powder. The smooth surface of the laser-scanned body could be fabricated at a laser power of 9 W, a scan speed of 20 mm/s and a scan pitch of 0.05 mm. せ᪨ ᮏ◊✲࡛ࡣ㸪࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧᢏ⾡ࢆ⏝࠸࡚㸪ࡇࢀ ࡲ࡛ࢇ◊✲ሗ࿌ࡢ࡞࠸ WC-Co ⣔㉸◳ྜ㔠 ࢆᑐ㇟ࡋ࡚㸪ࡑࡢ࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧྥࡅࡢᮦᩱタィ ࠾ࡼࡧ✚ᒙ㐀ᙧᢏ⾡ࢆ☜❧ࡍࡿࡇࢆ┠ⓗࡋࡓ㸬 ᮦᩱタィࡢୖ࡛㔜せ࡞ῧຍ⢊ᮎࡢᙳ㡪ࡘ࠸᳨࡚ ウࡍࡿࡶ㸪ࡑࡢ✚ᒙ㐀ᙧ᮲௳ࢆヲ⣽᳨ウࡋ ࡓ⤖ᯝ㸪Cu ⢊ᮎ 30%ῧຍ࠾࠸࡚㸪ప࣮ࣞࢨฟຊ࣭ 㧗㉮ᰝ㏿ᗘ࡛㸪㧗ᐦᗘࡢ✚ᒙ㐀ᙧయࢆᚓࡽࢀࡿࡇ ࢆぢฟࡋࡓ㸬ࡇࢀࡼࡾ WC-Co ⣔㉸◳ྜ㔠ࢆᑐ㇟ ࡋࡓᇶ♏ⓗ࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧᢏ⾡ࢆ☜❧ࡍࡿࡇ ࡀ࡛ࡁࡓ㸬 㸬ࡣࡌࡵ 㹁㸿㹂ࢹ࣮ࢱࡽ┤᥋〇ရࢆ㎿㏿〇㐀࡛ࡁࡿࣛ ࣆࢵࢻࣉࣟࢺࢱࣆࣥࢢ㸦RP㸸Rapid Prototyping㸧ᢏ ⾡ 㸦2009 ᖺ ASTM ࡛㸪 AM㸦Additive Manufacturing㸧 ࡪࡇࡀỴᐃࡉࢀ㸪Ḣ⡿࡛ࡣ AM ࡤࢀ࡚ࡁ ࡚࠸ࡿ㸬㸧ࡢ୍ࡘ࡛࠶ࡿ࡛࠶ࡿࠕ࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧࠖᢏ ⾡ࡀ㸪⮬ື㌴ࡸ㟁Ẽ〇ရࡢヨసẁ㝵࠾࠸࡚⏝ࡉ ࢀ࡚࠸ࡿ(1)㸬᭱㏆࡛ࡣ㸪㔠ᆺࡢ㐺⏝ࡶᅗࡽࢀ࡚ࡁ ࡚࠸ࡿ㸬ᚑ᮶㸪ᮏᢏ⾡ࡢ㐺⏝ࡣ㸪ࢫࢸࣥࣞࢫ㗰ࡸ㖡 ⣔ྜ㔠㝈ࡽࢀ࡚࠸ࡓࡀ㸪࠼ࡤ EOS ♫࡛ࡣᕤල 㗰⢊ᮎࡸ M2 ⢊ᮎ࡞ࡢ㛤Ⓨࡶ⾜ࢃࢀ㸪㔠ᆺࡢ㐺 ⏝ࡀ⾜ࢃࢀ࡚ࡁ࡚࠸ࡿ(2)㸬 ㉸◳ྜ㔠ࡢ࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧࡘ࠸࡚ࡣ㸪Leuven Ꮫࡢࢢ࣮ࣝࣉࡀඛ㥑ⓗ◊✲ࢆ⾜࠸㸪Wang ࡽ(3) ࡣ㸪┤᥋㑅ᢥⓗ࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧࡼࡿ WC-Co ㉸◳ ྜ㔠ࡢᐇ㦂ࢩ࣑࣮ࣗࣞࢩࣙࣥ㛵ࡍࡿሗ࿌ࢆ⾜ࡗ ࡚࠸ࡿ㸬ࡇࡢሗ࿌ࡼࢀࡤ㸪࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧࡔࡅ࡛ ࡣ㧗ᐦᗘࡢ↝⤖యࡣᚓࡽࢀࡎ㸪⁐ᾐࢆࡍᚲせࡀ࠶ ࡿ㸬Cu ࢆ⁐ᾐࡍࡿࡇࡼࡾ┿ᐦᗘ࡞ࡾ㸪㝆అ ᙉࡉ 424 MPa㸪◳ࡉ 85 HRB ࡢ〇ရࡀᚓࡽࢀࡓ ሗ࿌ࡋ࡚࠸ࡿ㸬Kumar(4)ࡣ WC-Co ⢊ᮎࢆ⏝࠸ࡓ㑅 ᢥⓗ࣮ࣞࢨ✚ᒙ㐀ᙧࡼࡿ◊✲ࢆ⾜ࡗ࡚࠸ࡿ㸬✚ᒙ 㐀 ᙧ ࡢ ࡲ ࡲ ࡛ ࡣ ┦ ᑐ ᐦ ᗘ ⣙ 60 㸣 ࡛ 㸪 ⁐ ᾐ ᚋ WC-9㸣Co ࡛┦ᑐᐦᗘ 96㸣ࡢ✚ᒙ㐀ᙧయࢆస〇ࡋ ࡚࠸ࡿ㸬ࡇࡢ㐀ᙧయࡢ◳ࡉࡣ 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粉末の場合と同様に，3 つの溶融体 の形態が見られた．これらの形態をレーザ出力と走 査速度の関係として示したのが図 8 である．図中に 示した数値は，上式で求めたエネルギー密度 E の値 である． 図 8 に示すように，Cu-20%Sn 粉末添加の場合と は異なり，レーザ出力および走査速度の広い範囲で 連続した滑らかなトラックを得ることができた．こ れから，レーザ出力が小さく，走査速度が速いほど， すなわちエネルギー密度が小さいほど連続した滑ら かなトラックが作製できることがわかった．この傾 向は，Cu-20%Sn 粉末添加の場合と異なり，エネル ギー密度が，約 4 J/mm2 以下の場合に作製できるこ とがわかった． 図 9 に，エネルギー密度とトラック幅の関係を示 す．この図からわかるように，エネルギー密度とト ラック幅は直線関係となっており，エネルギー密度 を変化させることにより，トラック幅を制御できる (c) 30 W, 10 mm/s 47.1 23.5 11.8 7.8 35.3 17.6 8.8 5.9 23.5 11.8 5.9 3.9 11.8 5.9 2.9 2.0 5 10 30 20 10 0 0 15 20 25 30 35 Scan speed [mm/s] 図8 Cu 粉末を 30％添加した場合のレーザ出力と 走査速度の関係（プロセスマップ） (2) 面の作製条件の検討 つぎに，プロセスマップより明らかになったレー ザ出力および走査速度の範囲で作製した面の状況を 図 10 にマクロ写真で示す．このように，マクロ的 には，滑らかな面を作製できることがわかる． － 98 － さらに，面作製のための走査ピッチについて検討 を行った結果を図 11 に示す．走査ピッチについて は，図 11(a)に示すように，オーバラップさせない 場合，1/3 あるいは 2/3 オーバラップさせた場合の 3 種類を検討した．レーザ照射は，図 11(b)に示すよ うなパターンとした．その結果，図 11(c)に示すよう に，2/3 オーバラップさせた場合に滑らかな面が得 られることがわかった． このように，面製作のためのレーザ出力，走査速 度および走査ピッチを明らかにすることができた． ࿑ 㕙⁁ᴫ (b) 10 W, 20 mm/s （2.9 J/mm2） (a) 10 W, 10 mm/s （5.9 J/mm2） D ᩏࡇ࠶࠴ E ࠩᾖࡄ࠲ࡦ (c) 10 W, 30 mm/s （2 J/mm2） 300 μm 㪣㪸㫊㪼㫉㩷㫇㫆㫎㪼㫉㪑㩷㪈㪇㩷㪮 㪪㪺㪸㫅㪄㫊㫇㪼㪼㪻㪑㩷㪈㪇䌾㪊㪇㩷㫄㫄㪆㫊 :LGWKRIWUDFNPP F Ⓧጀㅧᒻ㕙 ࿑ 㕙ߦ߅ߌࠆᩏࡇ࠶࠴ߩᓇ㗀 (QHUJ\GHQVLW\-PP 図 9 エネルギー密度とトラック幅の関係 ߐࠄߦ㧘ኒᐲࠍะߐߖࠆߚߦ㧘ࠩജ߅ ࠃ߮ᩏㅦᐲߩ㑐ଥ㧘ᩏࡇ࠶࠴ߩᓇ㗀ߦߟߡ ⚦ߦᬌ⸛ࠍⴕߞߚ㧚ߘߩ⚿ᨐ㧘࿑ ߦ␜ߔࠃ߁ߦ㧘 ࠩജ :㧘ᩏㅦᐲ PPV ߅ࠃ߮ᩏࡇ࠶ ࠴ PP ߢⓨ㓗ߩዋߥ㕙ࠍߢ߈ࠆߎߣ߇ ࠊ߆ߞߚ㧚 એߩࠃ߁ߦ㧘:&&R ♽⎬ว㊄☳ᧃߦ &X ࠍ 㧑ᷝടߒ㧘Ⓧጀㅧᒻ᧦ઙࠍ⚦ߦᬌ⸛ߔࠆߎߣߦ ࠃࠅ㧘ࠩⓍጀㅧᒻߣߒߡߪኒᐲߩ㜞Ⓧጀㅧ － 99 － ᒻࠍᓧࠆߎߣ߇ߢ߈ߚ㧚ߎࠇߦࠃࠅ :&&R ♽ ⎬ว㊄ࠍኻ⽎ߣߒߚၮ␆⊛ࠩⓍጀㅧᒻᛛⴚࠍ⏕ ┙ߔࠆߎߣ߇ߢ߈ߚ㧚 ࠩജ :㧘ᩏㅦᐲ PPV㧘 ᩏࡇ࠶࠴ PP ࿑ 㕙ߩ 6(0 ౮⌀ 㧠㧚߹ߣ ᧄ⎇ⓥߢߪ㧘:&&R ♽⎬ว㊄ࠍኻ⽎ߣߒߚ ࠩⓍጀㅧᒻ᧦ઙߦߟߡ㧘ᷝടߩᓇ㗀߅ࠃ߮ߘ ߩⓍጀㅧᒻ᧦ઙࠍ♽⛔⊛ߦᬌ⸛ߒߚ㧚ᓧࠄࠇߚ⚿ᨐ ߪ㧘ᰴߩߣ߅ࠅߢࠆ㧚 :&&R ߩߺߢߪ㧘ㅪ⛯ߒߚṖࠄ߆ߥ࠻ ࠶ࠢࠍᓧࠆߎߣ߇ߢ߈ߥ߆ߞߚ㧚߹ߚ㧘&R ☳ᧃࠍ 㧑ᷝടߒߡ߽㧘ห᭽ߩ⚿ᨐߣߥߞߚ㧚 &X6Q ☳ᧃࠍᷝടߒߚ႐วߦߪ㧘ㅪ⛯ߒߚ Ṗࠄ߆ߥ࠻࠶ࠢ߇ᓧࠄࠇࠆ᧦ઙࠍ ᧦ઙ߶ߤ ߒߚ߇㧘㕙ࠍߒߚ㓙ߦߪ㧘Ṗࠄ߆ߥ㕙ࠍߔ ࠆߎߣߪߢ߈ߥ߆ߞߚ㧚 &X ☳ᧃࠍ 㧑ᷝടߔࠆߣ㧘&X6Q ☳ᧃࠍ ᷝടߒߚ႐วࠃࠅㅪ⛯ߒߚṖࠄ߆ߥ࠻࠶ࠢࠍ ߢ߈ࠆ᧦ઙ߇߆ߥࠅᐢ߇ߞߚ㧚߹ߚ㧘㕙ߩ᧦ઙ ࠍᬌ⸛ߒߚ⚿ᨐ㧘ࠩജ :㧘ᩏㅦᐲ PPV ߅ࠃ߮ᩏࡇ࠶࠴ PP ߢṖࠄ߆ߥ㕙ࠍߔ ࠆߎߣ߇ߢ߈ߚ㧚 ߎߩࠃ߁ߦ㧘ᷝടߩലᨐ߅ࠃ߮ኒᐲߩ㜞Ⓧጀ ㅧᒻࠍᓧࠄࠇࠆⓍጀㅧᒻ᧦ઙࠍߒߚߎߣߪ㧘 ᣂߚߥ⍮ߢࠆ㧚ᓟߪ㧘Ⓧጀ᧦ઙߦߟߡߐࠄ ߦᬌ⸛ࠍⴕ㧘㜞ኒᐲ㜞⎬ᐲ⎬ว㊄ࠍߒ㧘 ㊄ဳ߳ߩㆡ↪ࠍ⹜ߺࠆ੍ቯߢࠆ㧚 ⻢ㄉ ᧄ⎇ⓥߪ㧘⋉⽷࿅ᴺੱ߭ࠈߒ߹↥ᬺᝄ⥝ᯏ᭴ᐢ ፉ↥ᬺ⑼ቇ⎇ⓥᚲᐔᚑ ᐕᐲត⚝⎇ⓥߥࠄ߮ߦᢥ ㇱ⑼ቇ⋭⑳┙ᄢቇᚢ⇛⊛⎇ⓥၮ⋚ᒻᚑᡰេᬺߩ৻ ㇱߣߒߡታᣉߒߚౝኈߢࠆ㧚ߎߎߦ㧘㑐ଥฦߦ ᷓ⻢ߩᗧࠍߔࠆ㧚 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