| Project/Area Number |
23K22651
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| Project/Area Number (Other) |
22H01380 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
小池 綾 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70781417)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥14,430,000 (Direct Cost: ¥11,100,000、Indirect Cost: ¥3,330,000)
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| Keywords | 粉末床溶融結合法 / ポーラス金属 / 遠心機 / 3Dプリンタ / 低重力場 / 無重力場 / 微小重力場 |
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| Outline of Research at the Start |
金属3D造形技術において，重力加速度が造形物構造の密度に大きく影響を与えることを理論的・実験的に明らかにした先行研究までの成果に基づき，水平軸型回転機構と金属積層造形機構を融合して，低重力場における超低密度構造物を金属材料で創造する技術を確立する．軽量性，高比剛性，電磁遮蔽性などに優れるポーラス金属を多様な金属材料において実現するにあたって，内部の空泡を外部へ排出したり破壊したりするメカニズムには重力が大きな影響を与えていることに基づき，疑似的な自由落下中のみ造形プロセスを実行する正味無重力制御を実現することで，超低密度構造を金属材料で実現することで，極めて有用な機能性材料を製造可能とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，多孔質構造をもつポーラス金属材料の新たな製造法として，ポーラス化が困難な合金に対しても低密度構造の造形を容易にする正味無重力制御の開発を行っている．前身となる研究において，金属積層造形法では重力加速度がプロセス安定性に大きく影響を与えることを明らかにし，高遠心加速度場において造形物の密度が大幅に向上することを明らかにした．この特性を逆手にとり，低重力場においては低密度構造を容易に作製できると考え，水平軸型遠心機の回転速度を制御し，自由落下による人工低重力場において発泡剤を混合した金属粉末による粉末床溶融結合法を実行する．
現状までの進捗としては，水平軸型の遠心機は完成したものの，元設計の直進軸との融合に難航している．とくに直進動体上にレーザ発振器を設置する場合，機械振動の影響を大きく受けるため，レーザの光軸調整が極めて難しい．正味無重力制御自体は短時間であるとはいえ水平軸型遠心機においても実行可能なため，本装置の完成をもって現在基礎試験を開始したところである．水平軸型の遠心機も高速回転をすれば高重量場3D造形を実行できるため，先んじて低密度が求められるサポート構造は無回転(1G場)，造形物の部分だけは高速回転（高重力場）という造形中に重力レベルを変更するハイブリッドプロセスの開発を進めており，高重力場における造形特性については国際会議発表を完了した．
3ヶ年の計画の中で，2ヵ年目には基礎試験が完了している予定だったが，装置改良に多くの時間を費やしたため，現状の成果は，計画よりもやや遅れているといえる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2023年度までに水平方向の直進軸と合わせた同期制御を完成させるつもりだったが，機構自体は完成しても光軸を合わせることが困難だった．この装置改良に時間を費やしたことで計画よりも大きな遅れが生じてしまったことが遅れの主要因といえ，現在も解決の目途が立っていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度においては，水平軸型遠心機のみで回転数を調整して短時間の無重力場を生じさせることで，低重力場がポーラス構造の造形にポジティブな影響を与えるか否かを評価する．装置改良は引き続き実行するものの，主目的で合った「低重力場がポーラス構造造形に与える影響の評価」の完了を優先する．
これに合わせて，副次的に得られた成果として，インプロセスに回転数を変更して重力レベルを変更する制御方法についても実験的な評価を続ける．いずれの成果についても，実験結果がまとまり次第，学会発表や論文発表を通じて社会発信を行う．
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