3Dプリントと残留応力測定について

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英題：3D PRINTING & RESIDUAL STRESS.

見出し：X線回折は、3D印刷された金属部品が従来の機械加工されたものと同じ耐疲労性を持つことを保証することによって、それらの使用を促進するのに役立ちます。

3Dプリンティングは私たちが製品を作り出す方法に革命を起こしています。
数百ドルで、プラスチックの3Dモデルを印刷できるプリンタを購入できるようになりました。これにより、アイデアを概念化でき、場合によってはこれらのモデルを作業用デバイスとして使用することもできます。
1万ドルという低価格で入手可能な、より高度なプリンタを使用して、カーボンファイバを印刷し、非常に堅牢で信頼性の高い部品を形成することができます。
機械加工されていた小さな部品の多くは、これらのカーボンファイバープリンターを使用して確実に製造されています。ブラケット、カプラー、小さな機械式ギア、カバーなどの小物は、すばやく低コストで作成できます。
部品は数時間で印刷でき、ファイルは3D図面から直接プリンタに送信できるため、設計に必要な作業量を削減できます。
加えて、３Ｄ印刷は、伝統的に許容されるよりもはるかに複雑なデザインを製造することを可能にすることによって、デザイナーにより多くの自由を与える。
機械工場で機器を使用して部品をどのように構成するかを考え出すという制約が取り除かれます。
CNC機械の価格（およそ10万ドル）で、金属部品を印刷できるプリンタを入手することさえ可能です。
メタル3Dプリンティングは、鋳造や機械加工などの複雑なプロセスに代わることができるため、製造業にとって非常に刺激的な方法です。
また、オンデマンドで交換部品を作成するために使用される可能性もあります。
金属製3Dプリント交換部品の使用を検討する際には、部品は機械加工部品と寸法が同じでも、最終的な化学的性質、微細構造、および内部応力（残留応力）が完全に異なる可能性があることを理解しておくことが重要です。
残留応力は疲労寿命に影響します。
そのため、使用中に部品が早期に故障しないように、慎重に管理する必要があります。
特に、圧縮応力は一般に部品にとって有益であり、亀裂を閉じた状態に保ち、亀裂の伝播を遅くし、そして故障を遅らせるのに役立ちます。
X線回折は、製造後の部品に存在する残留応力を測定するために使用される一般的な方法です。この目的のために、専用の残留応力回折計が使用されます。
部品を回折計に入れ、回折ピークの角度を使用して、材料に歪みがあるかどうかを判断できます。
材料の歪みが変化すると、部品に圧縮応力があるか引張応力があるかに応じて、回折ピークの角度が上下にシフトします。
スキャンには通常数分かかります。
ひずみはストレスに変換され、それが評価されます。
残留応力を修正するために、熱処理やショットピーニングなどの追加処理が必要かどうかを判断します。
最近の研究で、PROTOは3Dプリントされた部品が伝統的に機械加工されたものとは非常に異なる残留応力を持つことが多いことを発見しました。
その結果、XRDは、3Dプリント部品が機械加工部品と同じくらい安全で信頼性があり、適切な代替品として機能することを保証するための貴重なツールであることが証明されています。

出典：http://protoxrd.com/assets/theta_theta_magazine_spring_2019_issue2.pdf　P.9からP.11