高付加価値設計・製造を実現する
レーザーコーティング技術の研究開発
Development of laser coating methods for realization of high value-added design and manufacturing
デライト設計実現に大きく貢献する高品質・高安定のコーティング技術の確立に挑戦
- 研究実施機関(再委託先、共同実施先含む)
- 日本原子力研究開発機構、大阪大学、大阪富士工業(株)、(株)村谷機械製作所、石川県工業試験場、古河電気工業(株)、山陽特殊製鋼(株)
背景
従来技術であるPTA（プラズマ粉体肉盛溶接）は、入熱制御が十分でないため高品質のコーティングが困難でした。また、従来の粉末供給型レーザークラッディング（コーティング）装置の粉末供給装置は、粉末供給位置制御が十分でないため高品質のコーティングが困難でした。
それに対して本テーマで研究に取り組んでいるレーザーコーティングは、従来困難であった材料・構造体に対し、高機能・難加工材料のコーティングを実現することができます（図1）。
このコーティング技術が実用化すれば、「軽い」「薄い（安い）」にもかかわらず「強い」といったユーザーニーズに応える「デライト設計」ベースのものづくりに大きく貢献できることから、ものづくり概念を根底から覆す可能性があります。また、その応用範囲や波及効果は、自動車など国民生活に身近なものから、災害用ロボット（図2）、さらには、宇宙開発などの大型プロジェクトの設計・製造に至るまで広がります。
本技術を公設試等を通じて各地域の中小企業に広めることで、各地域で革新的な設計・製造を行うことが可能になります。
目標
- レーザー入熱制御技術の開発
溶融凝固シミュレーションコード開発。
高時空間分解溶融凝固現象計測技術開発。
レーザー照射中の現象を評価・解明し、レーザー照射条件の最適化 - モルテンプール型レーザーコーティング技術の開発
厚さ1㎜以上のコーティングにおいて低希釈膜形成技術の確立および高品質化・高安定化に向けた技術開発。
- 非モルテンプール型レーザーコーティング技術の開発（図3）
側方からレーザーを照射し、中央から面直に原料粉末を噴射供給可能なマルチビームユニットを設計・製作し、最大6本のレーザービームの同時照射（マルチビーム重畳照射）を可能にすること。
単純形状の製品･部品へのコーティング試作 ⇒ 高機能切削工具等の開発。
（図3）面直粉末噴射型レーザーコーディング試作機 - イノベーションスタイル
展示会用動画作成（東京工科大学メディア学部とのコラボレーション）。
- 青色半導体レーザーコーティング装置を開発。
- 近赤外線半導体レーザーコーティング装置を工作機械に搭載。
実施内容
- レーザー入熱制御技術の開発
現象評価と解明、レーザー照射条件の最適化を実施します。
SPring-8での材料特性評価を実施します。
平成29年度より、コーティングプロセスのシミュレーション、溶融・界面・母材の相互作用現象の解明、産業応用に即した実証を行います。 - モルテンプール型レーザーコーティング技術の開発
低希釈膜形成技術の確立に取り組みます。
高品質化・高安定化に向けた技術開発に取り組みます。 - 非モルテンプール型レーザーコーティング技術の開発
高精度な粉末溶融制御技術の確立に取り組みます。
高品質な薄膜形成技術の確立に取り組みます。 - イノベーションスタイル
技術動画の配信を行い、技術発信・普及活動を支援します。
ユーザー連携の強化およびアドバタイズメントを行い、技術普及・事業化に向けた活動を支援します。
OPIE’16 SIPレーザーコーティング技術の実機デモ 塚本教授による解説あり
研究成果
(株)村谷機械製作所 マルチビーム式直噴型レーザーコーティング装置
大阪富士工業(株) モルテンプール型レーザーコーティング