Creation of phase-transforming cellular lattice by multi-material metal-additive manufacturing - Pioneering 4D printing
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19K22063
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | Additive Manufacturing / 4Dプリント / 合金化 / 相転移 / 結晶構造 / 双安定性 / 異種金属 / 形状記憶 / バイメタル / 超弾性 |
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| Outline of Research at the Start |
将来の異種金属材料の3Dプリント技術の開発と活用による異種材料の３次元配置やその場合金化3Dプリントによる4Dプリント技術を開拓にむけて、造形中の異種材料同士の反応やその流動への影響等を加味して異種金属粉末の融合を、混合熱の溶融挙動への影響、溶融凝固部の相・組成分布、緻密化挙動への混合の影響に注目して明らかにし、異種金属材料3Dプリントと４Ｄプリントの指導原理を示す。これにより例えば、バイメタルに3次元的なラティス構造を与えて、温度と共に異なる部位で熱膨張率の違による変形を駆動力としたラティス構造転移の発現のような形状変化をプログラミング可能な新規材料創製の道を開拓の礎とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
A series of studies have been conducted to pioneer 4D printing by creating phase-transforming lattice structures, a.k.a. phase transforming cellular material (PXCM), using multi metal-additive manufacturing; electron beam irradiation experiments were conducted as a preliminary step to the powder-bed fusion (PBF) of Ti alloy/Cu composites; and, for 4D printing, a fundamental study of the elemental structure and elastic properties of PXCM fabricated by powder-bed fusion of elastomers was developed for future applications to metals. In addition, we have fabricated thermally induced PXCM and investigated their behavior of the bimetal-incorporated lattice structure as a function of temperature change, showed that the phase transformation could be induced by heating and cooling, and extracted the issues to be solved on a larger scale. We also studied the design method for conformalization for unit cell design according to the external shape of the modeled object.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
多色刷り金属AMの基礎として、複材粉末床の選択的溶融の基礎研究を行い、異材粉末床の境界領域の溶融における課題を示した。また将来重要となる混合粉末の分離回収法として振動分離の可能性を示し、実際に簡便に分離できる条件を見出した。また、相転移するラティスの4Dプリントの基礎となる、構造と特性の関係のデータ科学的手法を構築した。さらに、バイメタルを組み込んだラティス構造の温度変化による相転移挙動の研究を発展させた。本研究の成果は、多色刷り金属AMが高精度化した際に必要となる相転移するラティスの創成による4Dプリントの学術的基礎となり、新規メタ材料創成のための方向性を示す研究としての社会的意義がある。
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Report
(4 results)
Research Products
(30 results)
