Breakthrough in ceramics driven by digital fabrication and biomimetics

• Project/Area Number: 22K19798
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 61:Human informatics and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 斉藤 一哉 九州大学, 芸術工学研究院, 准教授 (40628723)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 積層造形 / ３Dプリンタ / セラミック / バイオミメティクス / 3Dプリンタ / 生物模倣工学

Outline of Research at the Start

本研究プロジェクトは，研究代表者がこれまでに取り組んできた，1.最新のデジタルファブリケーション技術と2.生物模倣工学を日本の伝統的な陶芸技術と融合させる2つの独創的アプローチで革新的セラミック加工造形技術と機能セラミックを開発し，陶磁器の新たな時代を創る．この挑戦的研究が完成すれば，衰退しつつある日本の陶芸産業を再浮上させる新たな市場とアプリケーションを生み出すと同時に，使い捨てプラスチック包装容器を駆逐する陶磁器の新たな「器」文化のひな型を提示することで，世界の生産消費・流通形態を変革し，脱プラスチックに対する学術の方向を大きく転換することが可能となる．

Outline of Annual Research Achievements

本研究プロジェクトは，研究代表者がこれまでに取り組んできた，1.最新のデジタルファブリケーション技術と2.生物模倣工学を日本の伝統的な陶芸技術と融合させる2つの独創的アプローチで革新的セラミック加工造形技術と機能セラミックを開発し，陶磁器の新たな時代を創る．この挑戦的研究が完成すれば，衰退しつつある日本の陶芸産業を再浮上させる新たな市場とアプリケーションを生み出すと同時に，使い捨てプラスチック包装容器を駆逐する陶磁器の新たな「器」文化のひな型を提示することで，世界の生産消費・流通形態を変革し，脱プラスチックに対する学術の方向を大きく転換することが可能となる．

初年度にあたる２０２２年度は「(A-1) セラミック3Dプリンタの基礎技術の開発」を中心に取り組んだ。日本の磁器土を使い、様々な条件でセラミック３Ｄプリンタによる造形を行うことで、造形不良を起こさない適したセッティングを明らかにした。また、アルゴリズミックデザインツールを用いて、セラミック３Ｄプリンタのツールパスを直接制御する手法を開発した。また「(B-2)自然のセル構造体に学ぶセラミック構造」について、海洋生物を研究するための海水水槽を整備した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度であり学会発表等はなかったものの、セラミック３Dプリンタの利用法を確立したことは重要な進展であった。特にG-codeを生成する直接生成する方法を開発したことで、プラスチック３Ｄプリンタと同じ制御ソフトを使わずにセラミック専用の制御ソフトを開発する道筋ができた。

Strategy for Future Research Activity

学会，論文発表だけでなくワークショップやプロトタイプの展示会を通して陶芸家，クリエイターにも直接研究成果を還元する手法を取ることで迅速な社会実装に繋げる．各研究項目ごとの推進方策は以下のとおりである。
(A-1) セラミック3Dプリンタの基礎技術の開発：開発したセラミック３Dプリンタの制御方法をベースに機能セラミック構造の試作を行う。性能をシミュレーション、実験で確認する。
(A-2) セラミック・ペーパー(陶紙)による折紙構造の実現：様々な印刷技術を用いて陶紙に自由に折線を導入する技術を開発し，最新のコンピュータ折紙と組み合わせた新しいセラミック折紙を開発する．
(B-2)自然のセル構造体に学ぶセラミック構造：コウイカの骨など海洋生物の浮揚体を中心にマイクロCTスキャンによる解析を行うとともに，セラミック3Dプリンタによる試作，実験も活用して，生物がどのように軽量で割れにくいセラミック構造を実現しているのかを解明する．研究協力者や有田，波佐見など九州の陶芸家とコラボレーションし，得られた知見を伝統的な陶磁器と融合させたユニークな製品をデザインしたい。