2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design and Fabrication Method of High-Precision and High-Strength Structures with Cellulose Nanofiber for Additive Manufacturing
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17K06126
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
舘野 寿丈 明治大学, 理工学部, 専任教授 (30236559)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 設計工学 / 機械工作・生産工学 / 構造・機能材料 / アディティブマニュファクチャリング / 積層造形 / セルロースナノファイバー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、機械的特性、環境配慮いずれにも優れた材料であるセルロースナノファイバー(CNF)を用いた高精度・高強度な構造物の設計製作法として、対象物の内部をユニットセルとして設計し、これを積層造形法によって製作する方法の確立を目的とした。
初年度の平成29年度は、CNF材料の使用法を検討し、これを積層造形するにはCNFと樹脂との複合材料として用いることが有効であることを明確にした。
平成30年度は、ユニットセル構造体に着目した研究を行った。材料としてはCNFの代わりに、天然繊維やカーボンファイバーなどの連続繊維と樹脂との複合材料を用いて積層造形によりユニットセル構造体を製作し、機械的特性の評価を行った。強化材としての連続繊維の配置状態が構造体全体の強度や剛性に及ぼす影響を明らかにすることができた。
最終年度となる令和元年度は、CNF材料を連続繊維に加工したうえで生分解性樹脂との複合材料として積層造形する製作方法を開発するとともに、設計法の確立に向けてユニットセル構造体の強度・剛性をシミュレーションするソフトウェアを開発した。CNF材料加工には電界紡糸法を採用し、不織布状のシートを生成してから糸状の連続繊維を作製した。さらに生分解性樹脂との複合材料として積層造形用フィラメントを製作することにも成功した。強度試験の結果では実用強度には至らなかったものの、生分解性材料を用いて積層造形により実用部品を製作する方法を実現できたことは、工学的に大きな進展といえる。ユニットセル構造体のシミュレーションにおいては、連続繊維を含む構造体の特徴を反映させた強度・剛性の計算法を確立した。提案手法では、連続繊維の配置方向に応じて異なる強度・剛性の特性を、基礎的な実験から容易に導出される係数によって解析でき、従来の有限要素法に比べて計算効率が良くかつ高い精度でシミュレーションできることを確認した。
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Research Products
(7 results)
