JP5961593B2 - Metal member and manufacturing method thereof - Google Patents
Metal member and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP5961593B2 JP5961593B2 JP2013194275A JP2013194275A JP5961593B2 JP 5961593 B2 JP5961593 B2 JP 5961593B2 JP 2013194275 A JP2013194275 A JP 2013194275A JP 2013194275 A JP2013194275 A JP 2013194275A JP 5961593 B2 JP5961593 B2 JP 5961593B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- base material
- high energy
- energy beam
- metal powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 235
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 235
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 112
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 17
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 11
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000001883 metal evaporation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
本発明は、三次元構造を有する金属部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a metal member having a three-dimensional structure and a manufacturing method thereof.
スクリュー形状の金型に熱可塑性樹脂を注入し、回転軸とスクリュー部を一体成形で製造する方法が開示されている(特許文献1参照)。 A method is disclosed in which a thermoplastic resin is injected into a screw-shaped mold and a rotating shaft and a screw part are manufactured by integral molding (see Patent Document 1).
また、金属粉末光造形方法として、成分が均一な金属粉末を薄く敷き詰め、レーザビームにて焼結することで薄い層を形成し、これを積層することで3次元構造物を形成する方法が開示されている(特許文献2参照)。 Further, as a metal powder stereolithography method, a method of forming a three-dimensional structure by forming a thin layer by laminating thin metal powders with uniform components and sintering with a laser beam and laminating them is disclosed. (See Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1に記載の方法は、樹脂製のスクリューを製造する方法である上、金型が必要とされる。また、上記特許文献2に記載の方法は、光造形により得られる薄い層を積層して、3次元構造物を形成するため、製造工程が増加し、金属部材の製造に要する時間が長くなる。具体的には、一度積層すると、金属表面が冷えるまで待たなければ次の積層ができず、作業に時間を要する。 However, the method described in Patent Document 1 is a method of manufacturing a resin screw and requires a mold. Moreover, since the method of the said patent document 2 laminates | stacks the thin layer obtained by stereolithography, and forms a three-dimensional structure, a manufacturing process increases and the time which manufactures a metal member becomes long. Specifically, once lamination is performed, the next lamination cannot be performed without waiting until the metal surface cools down, and work takes time.
そこで、本発明は、三次元構造を有する金属部材の製造に要する時間を短くすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to shorten the time required for manufacturing a metal member having a three-dimensional structure.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の金属部材の製造方法は、金属製の母材と前記母材を囲む保持部材との間に金属粉体を充填する粉体充填工程と、前記母材に前記金属粉体を接触させた状態で、前記保持部材の外側から前記母材及び前記金属粉体に向けて高エネルギービームを照射することにより、前記母材の一部及び前記金属粉体の一部を溶融させて溶融物を生成すると共に、前記溶融物を固化させることにより前記母材に凸状の溶接金属を一体に形成して金属部材を得る溶接工程と、残存する前記金属粉体及び前記保持部材を除去する除去工程と、を備えている。 In order to achieve the above object, the metal member manufacturing method according to claim 1 includes a powder filling step of filling metal powder between a metal base material and a holding member surrounding the base material, By irradiating the base material and the metal powder with a high energy beam from the outside of the holding member in a state where the metal powder is in contact with the base material, a part of the base material and the metal A part of the powder is melted to produce a melt, and the melt is solidified to integrally form a convex weld metal on the base material to obtain a metal member, and the remaining part A removal step of removing the metal powder and the holding member.
この金属部材の製造方法によれば、高エネルギービームが照射されることにより、母材の一部及び金属粉体の一部が溶融されて高エネルギービームの光軸方向を高さ方向(深さ方向)とする溶融物が生成される。そして、この溶融物が固化されることにより母材に凸状の溶接金属が一体に形成されて金属部材が得られる。保持部材及び固化されずに残存する金属粉体は除去される。従って、凸状の溶接金属を母材に形成するために金属粉体の溶融物を積層する必要が無いので、従来の方法(例えば三次元造形や粉体肉盛り溶接など)に比して製造工程を少なくすることができる。これにより、三次元構造を有する金属部材の製造に要する時間を短くすることができる。 According to this metal member manufacturing method, when a high energy beam is irradiated, a part of the base material and a part of the metal powder are melted, and the optical axis direction of the high energy beam is set in the height direction (depth). Direction). Then, by solidifying the melt, a convex weld metal is integrally formed on the base material to obtain a metal member. The holding member and the metal powder remaining without being solidified are removed. Therefore, it is not necessary to laminate a melt of metal powder to form a convex weld metal on the base material, so it is manufactured in comparison with conventional methods (for example, three-dimensional modeling and powder overlay welding). The number of steps can be reduced. Thereby, the time which manufactures the metal member which has a three-dimensional structure can be shortened.
請求項2に記載の金属部材の製造方法は、請求項1に記載の金属部材の製造方法において、前記母材、前記保持部材及び前記金属粉体に対して前記高エネルギービームを相対移動させて、前記高エネルギービームの相対移動方向に沿って前記凸状の溶接金属を形成する方法である。 The metal member manufacturing method according to claim 2 is the metal member manufacturing method according to claim 1, wherein the high energy beam is moved relative to the base material, the holding member, and the metal powder. The method of forming the convex weld metal along the relative movement direction of the high energy beam.
この金属部材の製造方法によれば、母材、保持部材及び金属粉体に対して高エネルギービームを相対移動させて、この高エネルギービームの相対移動方向に沿って母材の一部及び金属粉体の一部を溶融させるので、この相対移動方向に連続して溶融物を生成することができる。この溶融物を固化させることにより、高エネルギービームの相対移動方向に連続した凸状の溶接金属を母材に形成することができる。 According to this metal member manufacturing method, a high energy beam is moved relative to the base material, the holding member and the metal powder, and a part of the base material and the metal powder are moved along the relative movement direction of the high energy beam. Since a part of the body is melted, a melt can be generated continuously in this relative movement direction. By solidifying the melt, a convex weld metal continuous in the relative movement direction of the high energy beam can be formed on the base material.
請求項3に記載の金属部材の製造方法は、請求項2に記載の金属部材の製造方法の前記溶接工程において、前記高エネルギービームを照射することにより、前記母材の一部及び前記金属粉体の一部に前記溶融物としての溶融池を形成すると共に、前記溶融池にキーホールを形成しながら、前記高エネルギービームを相対移動させる方法である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a metal member manufacturing method comprising: irradiating the high energy beam in the welding step of the metal member manufacturing method according to the second aspect; In this method, a molten pool as the melt is formed on a part of a body, and the high energy beam is relatively moved while forming a keyhole in the molten pool.
この金属部材の製造方法によれば、前記母材の一部及び前記金属粉体の一部に形成された溶融池にキーホールを形成しながら、高エネルギービームを相対移動させる。従って、キーホールを通じて高エネルギービームを深い位置まで届かせることができるので、母材に凸状の溶接金属を一体に形成することができる。 According to this metal member manufacturing method, a high energy beam is relatively moved while forming a keyhole in a molten pool formed in a part of the base material and a part of the metal powder. Therefore, the high energy beam can reach a deep position through the keyhole, so that a convex weld metal can be integrally formed on the base material.
請求項4に記載の金属部材の製造方法は、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の金属部材の製造方法の前記溶接工程において、前記高エネルギービームの焦点を前記保持部材、前記母材、又は前記金属粉体の位置に設定した状態で前記高エネルギービームを照射する方法である。 The method for manufacturing a metal member according to claim 4 is characterized in that, in the welding process of the method for manufacturing a metal member according to any one of claims 1 to 3, the high energy beam is focused on the holding member, This is a method of irradiating the high energy beam in a state set at the position of the base material or the metal powder.
この金属部材の製造方法によれば、高エネルギービームの焦点を保持部材、母材、又は金属粉体の位置に設定するので、母材の一部及び金属粉体の一部を効果的に溶融させて溶融物を生成することができる。これにより、母材の一部及び金属粉体の一部を溶融させた後固化させて、該母材に凸状の溶接金属を一体に形成することができる。 According to this metal member manufacturing method, the focal point of the high energy beam is set at the position of the holding member, the base material, or the metal powder, so that part of the base material and part of the metal powder are effectively melted. To produce a melt. Thereby, a part of the base material and a part of the metal powder are melted and then solidified, so that a convex weld metal can be integrally formed on the base material.
請求項5に記載の金属部材の製造方法は、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の金属部材の製造方法において、前記保持部材として透明管が用いられる。 The metal member manufacturing method according to claim 5 is the metal member manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, wherein a transparent tube is used as the holding member.
この金属部材の製造方法によれば、高エネルギービームが透明管を透過して、母材及び金属粉体に照射されるので、高エネルギービームのパワー密度を低くしても、母材の一部及び金属粉体の一部を溶融させることができる。また、母材の一部及び金属粉体の一部が溶融して固化する際に、保持部材としての透明管が共に溶融して固化することが抑制される。このため、製造コストを低減しつつ、除去工程における透明管及び残存する金属粉体の除去を容易化することができる。 According to this metal member manufacturing method, the high energy beam is transmitted through the transparent tube and irradiated onto the base material and the metal powder. Therefore, even if the power density of the high energy beam is reduced, a part of the base material is used. In addition, a part of the metal powder can be melted. Further, when a part of the base material and a part of the metal powder are melted and solidified, it is possible to prevent the transparent tube as the holding member from being melted and solidified together. For this reason, it is possible to facilitate the removal of the transparent tube and the remaining metal powder in the removing step while reducing the manufacturing cost.
請求項6に記載の金属部材の製造方法は、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の金属部材の製造方法において、前記保持部材として薄肉の金属管が用いられる。 The method for producing a metal member according to claim 6 is the method for producing a metal member according to any one of claims 1 to 4, wherein a thin metal tube is used as the holding member.
この金属部材の製造方法によれば、高エネルギービームの照射により、母材の一部及び金属粉体の一部が溶融して固化する際に、保持部材としての金属管も共に溶融して固化する。この金属管は薄肉に構成されているので、除去工程において該金属管を容易に除去することができる。 According to this metal member manufacturing method, when a part of the base material and a part of the metal powder are melted and solidified by irradiation with a high energy beam, the metal tube as the holding member is also melted and solidified. To do. Since the metal tube is thin, the metal tube can be easily removed in the removal process.
以上詳述したように、本発明によれば、三次元構造を有する金属部材の製造に要する時間を短くすることができる。 As described above in detail, according to the present invention, the time required for manufacturing a metal member having a three-dimensional structure can be shortened.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
本実施形態では、金属部材10の製造方法と、金属部材10について説明する。図1(A)において、金属部材10の製造方法に用いる製造装置16は、高エネルギービーム22を出射する出射部24と、この出射部24から出射された高エネルギービーム22を対象物に向けて照射する照射部26と、透明管11及び母材12を適宜移動させる駆動部28と、これらを制御する制御部30とを備えている。
[First Embodiment]
In the present embodiment, a method for manufacturing the
高エネルギービーム22は、一例として、レーザビームとされており、この場合出射部24は、レーザ発振器である。この出射部24では、出射される高エネルギービーム22のエネルギーが調節可能となっている。照射部26は、レンズ等を含む光学系により構成されている。この照射部26では、レンズ等が移動されることにより、照射される高エネルギービーム22の焦点距離が調節可能となっている。
The
そして、この製造装置16により、以下の要領にて金属部材10が製造される。すなわち、先ず、図1(A)に示されるように、母材12と、該母材12を囲む保持部材の一例たる透明管11とが、例えば同心状となるように製造装置16にセットされる。透明管11としては、耐熱性のある材料、例えば石英ガラスが用いられる。
Then, the
続いて、透明管11及び母材12の間の隙間に金属粉体32が充填されると共に、透明管11及び母材12の周囲の開口部が蓋(図示せず)により閉塞される。このとき、金属粉体32が、透明管11の内面11A及び母材12の外面12Aの全体に亘って接触するように、透明管11及び母材12の間には十分な量の金属粉体32が充填される(以上、粉体充填工程)。本実施形態では、金属粉体32には、一例として、金属製の母材12と同一の金属が使用される。この金属としては、例えば、ステンレス、鉄、アルミニウム、銅などが適宜選択される。
Subsequently, the
そして、透明管11及び母材12の間に金属粉体32が充填された状態で、透明管11の外側に位置する照射部26から、該透明管11、母材12及び金属粉体32に向けて高エネルギービーム22が照射される。
Then, in a state where the
このとき、より具体的には、制御部30によって照射部26が制御されて照射部26内のレンズ等が移動することにより、高エネルギービーム22の焦点距離が調節される。そして、図1(A),(B)に示されるように、高エネルギービーム22の焦点22Aが、例えば金属粉体32(透明管11及び母材12の間)の位置に設定される。また、この状態で、透明管11の外側から、該透明管11、母材12及び金属粉体32に向けて、高エネルギービーム22が照射される。
More specifically, the focal length of the
このように高エネルギービーム22が照射されると、母材12の一部及び金属粉体32の一部に溶融物としての溶融池36が形成される。この高エネルギービーム22のパワー密度が高い場合、溶融池36の表面では金属の蒸発が生じ、金属の蒸気が発生する。また、この蒸気によって溶融池36の表面に反発力が発生し、溶融池36の中央部にくぼみが生じる。そして、このくぼみが深くなると、この溶融池36にキーホール40が形成される。このように溶融池36にキーホール40が形成されると、このキーホール40を通じて高エネルギービーム22が金属粉体32の深い位置まで届くようになる。
When the
そして、図1(B)に示されるように、溶融池36にキーホール40を形成しながら、透明管11、母材12及び金属粉体32に対して、高エネルギービーム22が相対移動する。この高エネルギービーム22の相対移動方向は、凸状の溶接金属14の形成方向とされる。また、この透明管11、母材12及び金属粉体32に対する高エネルギービーム22の相対移動は、図1(A)に示される制御部30によって駆動部28が作動することにより行われる。
As shown in FIG. 1B, the
図1(B)に示されるように、溶融池36は、この高エネルギービーム22の相対移動方向に沿って生成される。このとき、相対移動する高エネルギービーム22の照射位置Pでは溶融池36が形成されるが、溶融池36が広がる前に高エネルギービーム22が相対移動するので、高エネルギービーム22の相対移動方向における照射位置Pよりも後側Rでは、溶融池36が冷却されて固化する。
As shown in FIG. 1B, the
このように、本実施形態では、相対移動する高エネルギービーム22の照射位置Pでは溶融池36が形成され、高エネルギービーム22の相対移動方向における照射位置Pよりも後側Rでは溶融池36が冷却されて固化するように、高エネルギービーム22の相対移動速度が設定される。
Thus, in the present embodiment, the
そして、このようにして溶融池36が冷却されて固化することにより、図1(C)に示されるように、透明管11及び母材12の間に凸状の溶接金属14が形成される。この凸状の溶接金属14は、母材12の一部及び金属粉体32の一部が溶融されて生成された溶融池36が固化することで形成されたものであるので、透明管11及び母材12に一体に形成される。本実施形態では、凸状の溶接金属14を、高エネルギービーム22の相対移動方向に連続的に形成することができる。
Then, the
なお、本実施形態では、図1(C)に示されるように、透明管11及び母材12の間に充填された金属粉体32のうちの一部のみが溶融され、金属粉体32のうち溶融されなかった部分は残存する。この残存した金属粉体32は、溶融池36が冷却されて固化される際には、溶融池36に対して型の役割(溶融池36の形状保持及び放熱)を果たすようになる。このため、本実施形態では、溶融池36の形状(高エネルギービーム22の光軸方向を深さ方向とする形状)が維持された状態で、溶融池36が固化されて凸状の溶接金属14が形成される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1C, only a part of the
そして、上記動作が繰り返されることにより、母材12の外面12Aに凸状の溶接金属14を形成することができる(以上、溶接工程)。その後、透明管11及び母材12から蓋(図示せず)が取り外され、残存する金属粉体32及び透明管11が、母材12から除去される(除去工程)。
And the
以上の要領で、図1(D)に示されるように、凸状の溶接金属14を有する金属部材10が得られる。凸状の溶接金属14の高さは、母材12の外面12Aと透明管11の内面11Aとの間隔により設定することができる。なお、図1(D)には、以上の要領で製造された金属部材10における凸状の溶接金属14及びその周辺部の側面断面図が示されており、図1(E)には、この凸状の溶接金属14及びその周辺部の正面断面図が示されている。
In the above manner, as shown in FIG. 1D, the
高エネルギービーム22の相対移動速度を速めた場合には、高エネルギービーム22を中心にした熱の広がりが抑制されるので、凸状の溶接金属14における長さ方向の両端部に形成される曲面14Aの曲率は小さくなる。また、図1(E)に示されるように、凸状の溶接金属14の幅は狭くなり、且つ、凸状の溶接金属14における両側の側部に形成された曲面14Bの曲率も小さくなる。
When the relative movement speed of the
高エネルギービーム22の相対移動速度を遅くした場合には、高エネルギービーム22を中心にして熱が広がるので、溶融池36が形成される領域が拡大される。従って、凸状の溶接金属14における長さ方向の両端部に形成される曲面14Aの曲率は大きくなる。また、凸状の溶接金属14の幅は広くなり、且つ、凸状の溶接金属14における両側の側部に形成された曲面14Bの曲率も大きくなる。更に、凸状の溶接金属14の母材12との接合箇所の強度を高めることができる。
When the relative movement speed of the
また、特に図示しないが、出射部24から出射される高エネルギービーム22のエネルギーが増加されると、高エネルギービーム22による加熱温度が上昇して溶融池36の生成が促進されるので、溶融池36の深さが増加する。また、高エネルギービーム22の焦点22Aが透明管11の内面11Aよりも金属粉体32側の遠い位置(深い位置)に設定されると、高エネルギービーム22によって金属粉体32のより深い位置まで加熱されるので、溶融池36の深さが増加する。
Although not particularly illustrated, when the energy of the
このように、上述の金属部材10の製造方法では、金属部材10の仕様(要求される凸状の溶接金属14の形状等)に応じて、高エネルギービーム22の相対移動速度、高エネルギービーム22のエネルギー、及び、高エネルギービーム22の焦点距離等が設定される。
Thus, in the manufacturing method of the
なお、溶融池36の固化時に、溶融池36に付着した金属粉体32の溶融物が固化することにより、凸状の溶接金属14の表面には、複数の粒状突起が形成される(図示せず)。この複数の粒状突起は、上述の溶融池36の固化時に溶融池36に付着した金属粉体32(図1参照)が、完全に溶融しないまま固化したことにより形成されたものである。つまり、この粒状突起は、金属粉体32の不完全溶融物であるので、粉体形状を残しているものである。なお、使用される金属粉体32の粒径を変えることにより、粒状突起の大きさ、つまり凸状の溶接金属14の表面粗さを変更することが可能である。また、高エネルギービーム22を照射した際に透明管11が溶融することを抑制するために、冷却ガス中や水中で高エネルギービーム22を照射してもよい。
When the
(作用)
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。以上詳述したように、本実施形態によれば、高エネルギービーム22が照射されることにより、母材12の一部及び金属粉体32の一部が溶融されて高エネルギービーム22の光軸方向を高さ方向(深さ方向)とする溶融池36(溶融物)が生成される。そして、この溶融池36が固化されることにより母材12に凸状の溶接金属14が一体に形成されて金属部材10が得られる。透明管11及び固化されずに残存する金属粉体32は除去される。従って、凸状の溶接金属14を母材12に形成するために金属粉体32の溶融物を積層する必要が無いので、従来の方法(例えば三次元造形や粉体肉盛り溶接など)に比して製造工程を少なくすることができる。具体的には、所望の高さや厚さ、長さを有する凸状の溶接金属14を一度に形成することができる。これにより、三次元構造を有する金属部材10の製造に要する時間を短くすることができる。
(Function)
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. As described above in detail, according to the present embodiment, by irradiating the
また、本実施形態では、高エネルギービーム22の光軸方向を深さ方向とする溶融池36を生成した後に、この溶融池36を固化させることで凸状の溶接金属14を形成している。しかも、高エネルギービーム22によって、透明管11及び母材12の間に充填された金属粉体32のうちの一部のみを溶融させるので、溶融池36が固化される際には、残存した金属粉体32が溶融池に対して型の役割(溶融池36の形状保持及び放熱)を果たすようになる。従って、溶融池36の形状(高エネルギービーム22の光軸方向を深さ方向とする形状)を維持することができるので、溶融池36の形状を維持したまま溶融池36を固化させることができる。これにより、凸状の溶接金属14の形状を確保することができる。母材12の一部及び金属粉体32の一部を溶融させてから固化させるので、母材12に対する凸状の溶接金属14の接合強度が高い。
Moreover, in this embodiment, after producing | generating the
また、透明管11、母材12及び金属粉体32に対して高エネルギービーム22を相対移動させて、この高エネルギービーム22の相対移動方向に沿って母材12の一部及び金属粉体32の一部を溶融させるので、高エネルギービーム22の相対移動方向に連続して溶融池36を生成することができる。この溶融池36を固化させることで、高エネルギービーム22の相対移動方向に凸状の溶接金属14を連続的に形成することができる。
Further, the
また、高エネルギービーム22の焦点22Aを透明管11の内面11Aよりも金属粉体32側(透明管11及び母材12の間)の位置に設定するので、透明管11の内面11Aよりも深い位置まで金属粉体32を溶融させて溶融池36を生成することができる。これにより、高エネルギービーム22の照射側の反対側に位置する母材12の一部及び金属粉体32の一部を溶融させて、凸状の溶接金属14を一体に形成することができる。
Further, since the
また、母材12の一部及び金属粉体32の一部に形成された溶融池36にキーホール40を形成しながら、高エネルギービーム22を相対移動させる。従って、キーホール40を通じて高エネルギービーム22を金属粉体32の深い位置まで届かせることができるので、このことによっても、凸状の溶接金属14を一体に形成することができる。
Further, the
また、透明管11及び母材12の間に金属粉体32を充填するので、金属粉体32の流動を抑制することができる。これにより、金属粉体32の溶融物である溶融池36の形状が崩れることを抑制することができるので、溶融池36の形状をより安定して維持したまま溶融池36を固化させて、凸状の溶接金属14を形成することができる。
Further, since the
更に、この金属部材10の製造方法によれば、高エネルギービーム22が透明管11を透過して、母材12及び金属粉体32に照射されるので、高エネルギービーム22のパワー密度を低くしても、母材12の一部及び金属粉体32の一部を溶融させることができる。また、母材12の一部及び金属粉体32の一部が溶融して固化する際に、保持部材としての透明管11が共に溶融して固化することが抑制される。このため、製造コストを低減しつつ、除去工程における透明管11及び残存する金属粉体32の除去を容易化することができる。
Furthermore, according to the method for manufacturing the
(具体例1)
図3には、具体例1に係る金属部材10の製造方法の流れが示されている。図3(A)において、母材12は丸軸とされ、透明管11は円管とされている。透明管11の内径は、母材12の外径よりも大きい。透明管11は、母材12と同心状に配置される。高エネルギービーム22を透明管11の外側から照射しながら母材12の軸方向に相対移動させることにより、図3(B)に示されるように、母材12の外面12Aに、その軸方向に延びる凸状の溶接金属14を形成することができる。
(Specific example 1)
FIG. 3 shows a flow of a method for manufacturing the
(具体例2)
図4には、具体例2に係る金属部材10の製造方法の流れが示されている。図4(A)において、高エネルギービーム22を透明管11の外側から照射しながら母材12の周方向に相対移動させることにより、図4(B)に示されるように、母材12の外面12Aに、その周方向に延びる凸状の溶接金属14を形成することができる。この凸状の溶接金属14は、鍔状となる。透明管11及び母材12の形状や配置については、具体例1と同様である。
(Specific example 2)
FIG. 4 shows a flow of a method for manufacturing the
この他、金属粉体32が充填された透明管11及び母材12を、その周方向に回転させながら、高エネルギービーム22を母材12の軸方向に相対移動させると、母材12の外面12Aに凸状の溶接金属14が螺旋状に形成された金属部材(図示せず)を得ることができる。この金属部材は、スクリューポンプの主軸として利用することができる。
In addition, when the high-
[第2実施形態]
本実施形態では、金属部材20の製造方法と、金属部材20について説明する。図5において、金属部材20は、第1実施形態と同様の製造装置16(図1)を用いて、以下の要領にて製造される。先ず、母材12と、該母材12を囲む保持部材の一例たる薄肉の金属管21が、例えば同心状となるように製造装置16(図1)にセットされる。金属管21の厚さは、例えば0.5〜1.0mmである。
[Second Embodiment]
In the present embodiment, a method for manufacturing the
続いて、第1実施形態と同様に、金属管21及び母材12の間の隙間に金属粉体32が充填される。そして、図5(A)に示されるように、第1実施形態と同様に、例えば金属管21の外側に位置する照射部26から、該金属管21、母材12及び金属粉体32に向けて高エネルギービーム22が照射される。照射部26は、1つであっても良いし、複数であっても良い。金属管21の一部、母材12の一部、金属粉体32の一部を溶融させるために、高エネルギービーム22の焦点距離やパワー密度は、金属管21と母材12との間の距離に応じて適宜調節される。
Subsequently, as in the first embodiment, the
高エネルギービーム22により、金属管21の一部、母材12の一部及び金属粉体32の一部が溶融して固化することにより、図5(B)に示されるように、金属管21及び母材12の間に凸状の溶接金属14が形成される(溶接工程)。その後、金属管21及び母材12の間に残存する金属粉体32が除去される(除去工程)。
The
高エネルギービーム22の照射により、母材12の一部及び金属粉体32の一部が溶融して固化する際に、金属管21も共に溶融して固化する。この金属管21は薄肉に構成されているので、除去工程において該金属管21を容易に除去することができる。金属管21の除去には、例えば、切削やショットブラスト等の機械加工によって行うことができる。保持部材として薄肉の金属管21は、第1実施形態で用いられる透明管11よりも取扱いが容易である。
When a part of the
以上の要領で、図5(C)に示されるように、母材12の一部と金属粉体32の一部が溶融して固化された凸状の溶接金属14を有する金属部材20が得られる。
In the above manner, as shown in FIG. 5C, a
[他の実施形態]
なお、上記各実施形態では、凸状の溶接金属14が母材12に垂直に形成されていた。しかしながら、母材12に対して斜めに高エネルギービーム22が照射されることにより、凸状の溶接金属14が母材12に対して斜めに形成されていても良い。凸状の溶接金属14は、上記具体例に挙げた形状以外の曲線状や屈曲線状に延びるように形成されても良く、また、その他の形状に形成されても良い。
[Other Embodiments]
In each of the above embodiments, the
また、上記実施形態では、金属粉体32には、母材12と同一の金属が使用されていたが、母材12と異なる金属が使用されても良い。なお、金属粉体32に、母材12と異なる金属が使用された場合、凸状の溶接金属14は、異種金属の合金により形成される。
Moreover, in the said embodiment, although the same metal as the
また、上記実施形態において、高エネルギービーム22は、一例として、レーザビームとされており、この場合出射部24は、レーザ発振器により構成される。しかしながら、出射部24は、例えば、電子ビームやプラズマビームなどレーザ以外の高エネルギービーム22を出射する構成とされていても良い。そして、このレーザ以外の高エネルギービーム22を用いて凸状の溶接金属14が形成されても良い。
Moreover, in the said embodiment, the
また、上記実施形態では、高エネルギービーム22の焦点22Aが金属粉体32(透明管11、金属管21等の保持部材及び母材12の間)の位置に設定されていた。しかしながら、例えば、母材12の一部及び金属粉体32の一部を溶融させることができるのであれば、高エネルギービーム22の焦点22Aは、保持部材又は母材12に設定されても良い。また、このように高エネルギービーム22の焦点22Aが保持部材又は母材12に設定された場合に、保持部材の一部(金属管21のように溶融するものに限る。)、母材12の一部及び金属粉体32の一部に溶融池36が形成されると共に、この溶融池36にキーホール40が形成されても良い。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、駆動部28によって透明管11や金属管21(保持部材)と母材12とを適宜移動させるものとしたが、駆動部28によって照射部26を移動させることにより、高エネルギービーム22を、透明管11や金属管21(保持部材)、母材12及び金属粉体32に対して相対移動させても良い。
In the above embodiment, the
更に、高エネルギービーム22により形成される溶融池36の固化は、自然冷却によるものに限られず、金属板等を透明管11や金属管21、及び母材12の少なくとも一方に当てることにより、溶融池36を積極的に冷却して、該溶融池36をより早期に固化させるようにしてもよい。
Further, solidification of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and it is needless to say that the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the present invention. is there.
10…金属部材、11…透明管(保持部材)、11A…内面、12…母材、14…凸状の溶接金属、20…金属部材、21…薄肉の金属管(保持部材)、22…高エネルギービーム、22A…焦点、32…金属粉体、36…溶融池(溶融物の一例)、40…キーホール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記母材に前記金属粉体を接触させた状態で、前記保持部材の外側から前記母材及び前記金属粉体に向けて高エネルギービームを照射することにより、前記母材の一部及び前記金属粉体の一部を溶融させて溶融物を生成すると共に、前記溶融物を固化させることにより前記母材に凸状の溶接金属を一体に形成して金属部材を得る溶接工程と、
前記保持部材及び残存する前記金属粉体を除去する除去工程と、
を備えた金属部材の製造方法。 A powder filling step of filling a metal powder between a metal base material and a holding member surrounding the base material;
By irradiating the base material and the metal powder with a high energy beam from the outside of the holding member in a state where the metal powder is in contact with the base material, a part of the base material and the metal A welding step of melting a part of the powder to produce a melt, and solidifying the melt to form a convex weld metal integrally with the base material to obtain a metal member;
A removal step of removing the holding member and the remaining metal powder;
A method for producing a metal member comprising:
請求項1に記載の金属部材の製造方法。 In the welding step, the high energy beam is moved relative to the base material, the holding member and the metal powder to form the convex weld metal along the relative movement direction of the high energy beam. ,
The manufacturing method of the metal member of Claim 1.
請求項2に記載の金属部材の製造方法。 In the welding process, by irradiating the high energy beam, a molten pool as the melt is formed in a part of the base material and a part of the metal powder, and a keyhole is formed in the molten pool. While relatively moving the high energy beam,
The manufacturing method of the metal member of Claim 2.
請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の金属部材の製造方法。 In the welding step, the high energy beam is irradiated in a state where the focus of the high energy beam is set at the position of the holding member, the base material, or the metal powder.
The manufacturing method of the metal member of any one of Claims 1-3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013194275A JP5961593B2 (en) | 2013-09-19 | 2013-09-19 | Metal member and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013194275A JP5961593B2 (en) | 2013-09-19 | 2013-09-19 | Metal member and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015058456A JP2015058456A (en) | 2015-03-30 |
JP5961593B2 true JP5961593B2 (en) | 2016-08-02 |
Family
ID=52816414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013194275A Expired - Fee Related JP5961593B2 (en) | 2013-09-19 | 2013-09-19 | Metal member and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5961593B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114160975B (en) * | 2021-12-30 | 2022-11-08 | 中南大学 | Large-area high-strength laser welding method and device for dissimilar materials |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2680925B2 (en) * | 1990-10-16 | 1997-11-19 | 大宝工業株式会社 | Metal powder molding method using laser |
JPH04365817A (en) * | 1991-04-25 | 1992-12-17 | Nippon Steel Corp | Production of surface coated metal |
-
2013
- 2013-09-19 JP JP2013194275A patent/JP5961593B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015058456A (en) | 2015-03-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9844913B2 (en) | Method and apparatus for producing three-dimensional objects | |
JP6554670B2 (en) | Laser welding method | |
JP2023063367A (en) | Welding method and welding device | |
JP5452072B2 (en) | Electron beam shaping method | |
JP5519766B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object | |
KR20150084672A (en) | Method for manufacturing a metallic or ceramic component by selective laser melting additive manufacturing | |
JP6512407B2 (en) | Method of manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP5302710B2 (en) | Manufacturing apparatus and manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
WO2015107664A1 (en) | Laser welding method and welded joint | |
JP2010255057A (en) | Apparatus for forming shaped article with electron beam | |
JP2008055478A (en) | Method for finishing process | |
JP7412428B2 (en) | Method especially for spatter-free welding using solid state lasers | |
JP6085543B2 (en) | Manufacturing method of impeller | |
JP6054274B2 (en) | Metal member and manufacturing method thereof | |
JP5961593B2 (en) | Metal member and manufacturing method thereof | |
JP2012224907A (en) | Method for manufacturing three-dimensionally shaped article | |
JP6857861B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP6043704B2 (en) | Motor cooler and method for manufacturing motor cooler | |
JP6533642B2 (en) | Member to be joined for high energy beam welding and method of manufacturing joined body | |
Martin | Exploring additive manufacturing processes for direct 3D printing of copper induction coils | |
JP6041778B2 (en) | Heat transfer tube and manufacturing method thereof | |
JP6400916B2 (en) | Manufacturing method of joined body | |
RU2725465C2 (en) | 3d printer | |
JP6731642B2 (en) | Method for manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP6684548B2 (en) | Chip joining method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150611 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160408 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160426 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160513 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160531 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160627 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5961593 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |