ポイント
- 金属3Dプリンティングにより作成した高強度の合金造形物について、マイクロメートルスケールの「結晶学的ラメラ構造」とナノメートルサイズの「セル組織」に着目し、造形物の強度に対するそれぞれの影響を定量的に抽出することに成功した。セル組織が極めて大きな強化をもたらす原因因子であることが明らかに。
- 「結晶学的ラメラ構造」による強度上昇は数％程度であった一方で、「セル組織」では強度が40パーセント(1.4倍)上昇。
- レーザ粉末床溶融結合法で作製した合金造形物が非常に高強度を示す要因は、複数の特異構造が存在するため未解明であったが、セル組織は熱処理によって、ラメラ構造は特異なスキャンストラテジーの設計によって単離が可能に。
- 製品の力学機能の飛躍的な向上や、広範囲な産業分野の合金材料への適用に期待。
大阪大学 大学院工学研究科の菊川 泰地さん（博士前期課程）、石本 卓也 特任教授、中野 貴由 教授らの研究グループは、金属3Dプリンティング技術によって自発的、階層的、かつ特異的に形成される、マイクロメートルスケールの結晶学的ラメラ構造と、ナノメートルサイズのセル組織の強度への寄与を、定量的に個別解析し、セル組織（セル特異界面）が極めて大きな強化をもたらす因子であることを明らかにしました。
寄与を個別に解明するため、①セル組織は熱処理によって、②ラメラ構造は特異なスキャンストラテジーの設計によって、独立に消去する方法を樹立しました。その結果、ラメラ構造の存在は数パーセントの強度上昇である一方で、セル組織は40パーセント（1.4倍）もの強度上昇をもたらし、セル組織のきわめて高い強化効果を明らかにしました。
本研究で見いだされたセル組織による強化は、これまでに3Dプリンティング造形材において明らかになった強化機構や強度の異方性、さらには、3Dプリンティングが得意とする形状に基づく機能性との重畳によって、従来の力学機能の限界を突破し、人為的カスタム力学機能制御の範囲を大幅に拡大する可能性があると期待されています。
本研究成果は、Taylor & Francis発刊の材料科学に関するトップジャーナルの速報誌である「Materials Research Letters」誌に6月24日（火）（日本時間）に公開されました。
本研究は、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究 CREST「革新的力学機能材料の創出に向けたナノスケール動的挙動と力学特性機構の解明」（研究総括：伊藤 耕三）での「カスタム力学機能制御学の構築～階層化異方性骨組織に学ぶ～」（研究代表者：中野 貴由）(課題番号：JPMJCR2194)の一環として行われました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 PDF（1.17MB）
＜論文タイトル＞
- “Remarkable Strengthening Effects of Cells in Laser Powder Bed Fusion-Processed Inconel 718”
- DOI：10.1080/21663831.2025.2522801
＜お問い合わせ先＞
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