１．研究の背景・目的キーワード：付加加工，レーザ金属積層，コーティング加工分野において，金属3Dプリンティング技術の一つである指向性エネルギー堆積方式（Directed energy deposition方式，DED方式）が注目を集めている．DED方式は，工作機械にレーザヘッド装置，パウダー供給装置などを取り付けることでレーザ金属積層造形できる技術である．図１(a)に示すように，レーザヘッドを走査しながら，レーザ照射により形成された溶融池に向け，金属粉末をキャリアガスとともにノズルより吹き付け，溶融・凝固し金属積層を行う．比較的大きな部品の金属積層に有利な特徴を有し，複雑な航空機部品の一体化製造が可能になる１）．ドイツのFraunhoferがDED方式を応用した新たなコーティング技術としてHigh-speed laser material deposition（HS-LMDもしくはドイツ語の略語でEHLAとも称される）を提案した．図１(b)にその概要を示す．部材を高速で回転させ，粉末焦点をデフォーカスすることにより粉末を事前に溶融し，溶融池形成を最小限に抑えて積層する方法である．これにより，従来よりも薄い金属膜を形成できることや熱影響層を抑えられるといった利点がある２,３）.一方で，HS-LMDには，詳細な現象解析がなされていないことや，コーティング層の機械特性が積層条件や部材位置によって変化すること，コーティング厚さの調整が困難であるといった課題がある．そこで本研究では，HS-LMDプロセスの現象解析および形成される肉盛り層の特性を評価することを目的とする．自動車の回転部品（ファイナルピニオンギヤ）をHS-LMDによってコーティングすることで，複雑な形状をもつ部品においても熱処理なしで高強度な金属層を形成する手法を提案し，実験により性能を評価した．■■(a) DED ■■■■■■■(b) HS-LMD図１従来の指向性エネルギー堆積法（DED）とHigh-speed laser metal deposition（HS-LMD）慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科（ ■ ■年度一般研究開発助成■■■ ■ ■ ■■■■ ）教授柿沼康弘２．実験方法ギヤへのHS-LMDの概略図ならびに実験装置の外観を図２と図３にそれぞれ示す．加工試験には5軸複合加工機（Lasertec 65 3D，DMG森精機製）を使用した．ギヤ端部をC軸に固定し，A軸を90°回転させ，C軸回りに回転させながらレーザノズルを-Y方向に走査させることで，HS-LMDを実現した．レーザノズルは回転中心の真上ではなく，X軸方向にオフセットした．これは，歯底への不要なコーティングを避けることと，歯面に対するレーザの入射をより垂直に近くすることを目的としている．これによって，反射によるエネルギー損失を抑え，エネルギー吸収を高めることができる．図２は，ギヤのドライブ歯面（動力を伝達する側の歯面）へのコーティングを示しており，反対のコースト歯面（動力を受ける側の歯面）へコーティングするときは，レーザノズルを回転中心の真上から-X方向にオフセットし，回転方向を逆にすることで実現できる．図２HS-LMDによるギヤ表面への金属積層図３HS-LMD実験の様子− 334 −■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ff■■■■■■■による高硬度鋼コーティングの現象解析
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