レーザー走査により鋼部品の表面硬化の可能性がもたらされる

2017 年 2 月 14 日

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走査光学系を使用したレーザー硬化テスト部品 (Aitzol Lamikiz)

スペインのバスク地方の UPV/EHU 大学の研究者は、レーザー硬化に走査光学系を使用することで、部品の形状にプロセスを適応させることができることを検証したと発表しました。

UPV/EHU の高性能製造グループは、このプロセスを実行するための革新的な技術の研究と調整を実施しました。 これにはレーザーの使用が含まれますが、従来のシステムとは異なり、走査光学系を使用するため、処理される部品の厚さに大きな適応能力が与えられます。

レーザーなどの局所性の高い熱源を使用して硬化を行うと、部品の中心部分を元の状態に保ち、表面のみを硬化させることができます。 「部品はそれほど脆くはなく、熱がほとんど加えられないため、部品はそれほど歪みません。最終的には、熱によって部品が変形するだけです。つまり、他の方法を使用して仕上げる必要があることを意味します」とアイツォル氏は述べました。ラミキス氏は UPV/EHU 機械工学科の教授であり、研究を実施した高性能製造グループのメンバーです。

産業界では、2000 年頃からレーザー硬化プロセスが使用されてきましたが、Lamikiz 氏によると、これには限界があるとのことです。 「レーザーは一定の帯域幅を掃引するため、硬化ゾーンの厚さは一定になります。」 技術をより柔軟にするために、UPV/EHU の研究グループは、このプロセスに移動走査光学系を組み込む可能性を評価することにしました。

研究チームは、非常に小さなレーザーを高速で動かし、表面を線ごとに掃引する検流スキャナーを使用しました。 このようにして、プログラムパラメータを変更するだけで硬化幅を調整できます。 ラミキス氏は、硬化処理と壁をペイントするプロセスを喩えて、従来のレーザー硬化は「ローラーで壁をペイントするようなもので、ペイントされる幅はローラーの幅に相当します。しかし、新しいレーザー硬化では、ローラーで壁をペイントするようなものです」と説明しました。技術的には、ローラーを最も細い点のマーカーの代わりにします。」

「この技術を使用して硬化を実行することは可能でした。その後、レーザーの動きの速度や使用される出力などに応じて、治療の結果がどのように変化するかが徐々にわかりました。私たちのテストによると、レーザーが非常に速く動くと、高速で、結果は従来のプロセスと同様です」とラミキス氏は述べた。

この方法論をさらに使用する可能性を探るため、UPV/EHU の機械工学部門は、バスク地方とイタリアのピエモンテ州の企業と協力して Hardlas として知られるプロジェクトを実行し、このプロセスがどこまで実行可能であるかを確認しました。 「このプロジェクトは実行可能であり、産業に移管できることがわかったので、このプロジェクトは成功したと言えます」と研究者は述べた。

彼らはこのプロセスの実行可能性をテストしましたが、工業生産に至るまでにはまだ手順が必要です。 彼らが直面した主な困難の 1 つは、プロセスの制御でした。 「処理が行われるためには、材料を必要な温度まで処理することが非常に重要ですが、温度を超えてはなりません。そうしないと材料が溶けてしまいます。私たちのプロセスでは、レーザーが常に移動しているため、制御がより複雑になります。 」とラミキス氏は説明した。

テストは大学の実験器具を使用して実施されました。 「このプロセスを工業規模で使用するには、より強力なレーザー、さまざまな種類のレーザー、他の材料などでそれを試すことが重要です」とラミキス氏は付け加えた。

[ PubMed ] Martinez S.、Lamikiz A.、Ukar E.、Calleja A.、Arrizubieta JA、Lopez de Lacalle LN (2016)。 「スキャナベースのレーザー硬化プロセスにおけるレジームの分析」。 工学における光学とレーザー、90: 72–80。 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.opt.2016.10.005。

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