Simultaneous process of 3D printing and joining for CFRP parts with high shape flexibility
| Project/Area Number |
20K14621
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Asahikawa National College of Technology (2022-2023)
Tokyo Institute of Technology (2020-2021) |
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Principal Investigator |
中川 佑貴 旭川工業高等専門学校, システム制御情報工学科, 准教授 (50837739)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 3Dプリンティング / テーラード / CFRP / 炭素繊維強化樹脂 / レーザー接合 / 機械的接合 / 3D printing / Joining / Multi material |
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| Outline of Research at the Start |
輸送機器のためのマルチマテリアル部材の製造のために，成形・接合同時3Dプリンティング法を開発する．複雑形状の製造が難しい炭素繊維強化樹脂(CFRP)部材を3Dプリンティングによって製造する．その際に直接金属部材に成形することによって，接合と成形を同時に達成する．CFRP部材の3Dプリンティング法として，レーザーを用いて炭素繊維と樹脂を接合する方法を検討し，強度に及ぼす成形条件の影響を定式化する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，自由な形状を持つCFRP部材の製造と金属部材との接合を目的として，CFRP部材の成形・接合同時3Dプリンティング法の開発を最終目標としている．今年度は，昨年度までに開発した成形・機械的接合同時3Dプリンティング法の適用範囲の拡大をもくろみ，金属および樹脂の素材の幅を広げ，検討を行った．ゴム状の樹脂と硬質なPLA, PA6およびPC樹脂とを組み合わせて，一つの部品内に全く異なる性質を持ったテーラード樹脂部品の印刷を行った．断面観察によって欠陥がない事を確認し，部品をせん断および十字引張試験に供して強度評価を行った．結果として機械的接合部は破断せず，ゴム状樹脂が大きく変形してすり抜ける破壊形態が多かった．他の機械的接合や締結と比較して，3Dプリンティング時のモデルを変えることで，接合部の形状を簡単に変更できることから，部品の要件に合わせて形状を最適化することで所望の強度を得られると考えられる．一方炭素繊維強化については，繊維をたわみなしで挟みこむハンドリングの難しさから，積層方向水平での挟み込みにとどまった．一部の条件では炭素繊維が挟みこまれた樹脂と金属との接合が可能であったものの，強度には大きなばらつきがあった．炭素繊維トウを用いていたが，炭素繊維に樹脂が含浸したUDテープを用いることでハンドリング性が向上する可能性もあったが，基材の種類の乏しさから断念した．研究期間中における主な成果は以下の通りである．
・レーザー援用3DプリンティングによるCFRP部品の印刷方法の開発
・成形・機械的接合同時3Dプリンティングによるテーラード樹脂部品の印刷
・その適用例としてウマ用装具の開発
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Report
(4 results)
Research Products
(10 results)
