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※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
導入
傾斜機能材料（FGM）は、従来の複合材料の欠点を克服するために高い熱障壁を維持するスペースプレーンプロジェクトのために 1984 年に開発されました（AZO 材料、2002）。従来の複合材料 [図 1 a)] は均質な混合物であるため、構成材料の望ましい特性間の妥協が必要になります。傾斜機能材料 (FGM) は、変化する次元にわたって空間的に変化する組成を持ち、対応する材料特性の変化が組み込まれた先進的な材料のクラスです[ 56] 。 FGM は、性能要件を材料の構造化と配分の戦略にマッピングすることで多機能ステータスを達成します [図 1 b)
従来の FGM の製造プロセスには、ショットピーニング、イオン注入、溶射、電気泳動堆積、化学気相堆積などが含まれます。積層造形プロセスは材料を連続的に追加して部品を構築するため、段階的機能特性を備えた製品を製造する可能性を提供し、それによって段階的機能的積層造形 (FGAM) としてよく知られる概念が導入されます。この研究分野は学術研究によって推進された新しい分野であり、利用可能な標準化が欠けているため、この分野の用語として、さまざまな研究者によってさまざまな出版物で複数の異なる名前が提案されています。たとえば、機能的に段階的に評価されたラピッドプロトタイピング (FGRP) [ 56] 、可変特性ラピッドプロトタイピング (VPRP) [ 57] およびサイト固有特性の積層造形[ 72] 。ただし、FGAM に関連する重要な用語を明確にする必要があることは明らかですが、この文書には用語を統一する試みは含まれていません。この文書は、現在の AM プロセス技術によって実現される FGAM の最新技術と可能性の概要を示したものであり、純粋に有益な文書です。この概要は入手可能な出版物に基づいており、これらの出版物からの相互参照を容易にするために、この文書では元の出版物で使用されている FGAM に関する用語を使用しています。
図 1 —従来の複合材と FGM 複合材における材料の割り当て
| a) 従来の複合材 | b) FGM 複合材料 |
Introduction
Functionally Graded Materials (FGMs) were developed in 1984 for a space plane project to sustain high thermal barriers to overcome the shortcomings of traditional composite materials (AZO Materials, 2002). Traditional composites [Figure 1 a)] are homogeneous mixtures, therefore involving a compromise between the desirable properties of the component materials. Functionally Graded Materials (FGMs) are a class of advanced materials with spatially varying composition over a changing dimension, with corresponding changes in material properties built-in[56]. FGMs attain their multifunctional status by mapping performance requirements to strategies of material structuring and allocation [Figure 1 b)].
The manufacturing processes of conventional FGMs include shot peening, ion implantation, thermal spraying, electrophoretic deposition and chemical vapour deposition. Since additive manufacturing processes builds parts by successive addition of material, they provide the possibility to produce products with Functionally Graded properties, thereby introducing the concept often known as Functionally Graded Additive Manufacturing (FGAM). As this area of work is new, driven by academic research, and lacks available standardisation, there have been multiple different names proposed by different researchers in different publications as terms for this area, for example, functionally graded rapid prototyping (FGRP)[56], varied property rapid prototyping (VPRP)[57] and site-specific properties additive manufacturing[72]. However, even if there clearly is a great need for clarification of key terms associated with FGAM, this document does not include any attempts of alignment in terminology. This document is an overview of state of the art and the possibilities for FGAM enabled by present AM process technology and thus a purely informative document. Since this overview is based on available publications, and in order to facilitate cross referencing from these publications, this document has used the terms concerning FGAM as they are used in the original publications.
Figure 1 — Allocation of materials in a traditional composite and an FGM composite
| a) Traditional composite | b) FGM composite |