2019 Fiscal Year Research-status Report
Study on additive manufacturing method with high degree of freedom of material and capability of creating functionally graded material
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18K03865
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
多田 達也 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (40805214)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 樹脂粉体 / 摩擦帯電 / 3D造形 / 傾斜機能特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、「材料自由度が高く」さらには「傾斜機能特性を持つ材料の創成も可能」とする「新たな付加製造技術」の構築を目的とし、その具現化手段である「異なる物性を持つ複数の異種材料微粒子を2次元平面内の任意の位置に並置配置して積層層を形成し、その積層層を3次元方向に積層していく技術」の構築に必要な、①種々材料の微粒子化技術、②微粒子のハンドリングに必要な物理特性の制御技術、③異種材粒子の並置配置技術、④異種材粒子の固着も可能な3次元積層技術に関する研究、及び、⑤得られる傾斜機能特性を持つ材料の異種材粒子配置条件と傾斜機能特性の相関に関する研究とから成るものである。
平成31年度は、上記①の研究において、利用可能な粉砕法装置では微粒子作成が可能な樹脂材料が限定されてしまうことがわかり、粉砕法で作成できない樹脂粒子に関しては独自方式の装置立上げが必要となったことから、粉砕法に適さない樹脂の微粒子化に関しては、市場から入手できるものがあればそれらを入手し②以降の検討に用いることにした。
上記②の研究に関しては、上記①で作成及び入手できた熱可塑性樹脂（アクリロニトリルスチレン＜AS＞、アクリル＜PMMA＞、ナイロン＜PA＞、ポリエチレン＜PE＞、ポリプロピレン＜PP＞）の微粒子材料に関して、各粒子への摩擦帯電電荷付与が制御可能かを、帯電列上の位置が異なる日本画像学会の標準キャリア4種に対する摩擦帯電特性という観点で評価し、PP以外の樹脂粒子は標準キャリアを用いて摩擦帯電電荷量が制御可能であることを確認した。
また、上記④の研究に関しては、3次元積層技術の研究に必要となる積層溶着検討治具の立上げ準備を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
上記①の各種材料の微粒子化技術の研究においては、アクリロニトリルスチレン＜AS＞樹脂とアクリル＜PMMA＞樹脂に関しては、利用可能な物理的粉砕法装置で体積平均径が10μm前後の粒子を作製することができたが、前年度に作成できなかったABS樹脂粒子に加え、ポリカーボネート＜PC＞樹脂の粒子作成もできないことが分かり、現状の粉砕法装置で任意の樹脂材料の粒子化条件検討を進めるのが難しくなったことから、作成できないもので入手可能な粒子化された樹脂粒子があれば、上記②以降の検討用に入手して用いることにした。
入手できた樹脂粒子としては、7μm前後と11μm前後のナイロン＜PA＞樹脂粒子が2種、6μm前後から11μm前後のポリエチレン＜PE＞樹脂粒子が3種、5μm前後のポリプロピレン＜PP＞樹脂粒子が1種、13μm前後のエチレン・アクリル＜EA＞樹脂粒子が1種、また、比較用に樹脂粒子以外に食品や花粉、粉薬等の粒子の入手も行った。
上記②の粒子の物性制御技術に関する研究に関しては、用いる樹脂粉体のハンドリング技術に粉体の摩擦帯電特性を利用していることから、各粒子の摩擦帯電特性が摩擦帯電付与部材の帯電付与特性に応じて変化するかの確認検討を行い、摩擦帯電付与部材として用いた帯電列上の位置が異なる日本画像学会の標準キャリア4種に対して、PP以外の樹脂粒子は標準キャリアの帯電付与特性に応じた摩擦帯電特性を示すことを確認し、多くの樹脂粒子において摩擦帯電電荷量の制御が可能であることを確認した。
ハンドリングが可能な種々樹脂材料が入手できたことから、上記④の異種材粒子混在の溶融と固着の検討が可能となってきたため、初期検討に必要な異種材混在時の溶融状態の観察のための温度制御可能な加熱装置等の入手を行い溶融状態観察装置の立上げ準備を開始した。
上述した樹脂粒子作成遅延の影響で進捗はやや遅延している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究を進めるにあたっては、種々樹脂材料の微粒子が作成及び入手出来ていることが前提となる。
これに対し、現時点において限定されてはいるものの複数の樹脂粒子の作成及び入手が出来てきていることから、今後はこれらの樹脂粒子を用いて、まずは上記③の異種材粒子並置配置技術の研究と上記④に関する異種材混在時の樹脂溶融固着に関する研究を進めて行き、異種材粒子の並置配置位置が制御された積層シートの作成が行えるようにし、更に、上記⑤に関する得られる傾斜機能特性を持つ2次元シートの異種材粒子配置条件と傾斜機能特性の相関に関して研究を行っていく。
また、それと並行して、2次元積層層を3次元積層溶着していくための治具立上げを行い、その立上げ後、上記④に関する研究である、異なる粒子配置となっている各2次元積層層の3次元積層溶着に関する研究と、それによって得られる傾斜機能特性を持つ材料に関して、上記⑤の異粒子配置条件と傾斜機能特性の相関に関する研究を進めていく。
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| Causes of Carryover |
樹脂粒子の作成と入手が遅延したことにより、それらの樹脂粒子の帯電量測定に用いる消耗品購入と積層溶着検討に用いる治具の部材購入が予定より遅れたためであり、この未使用額は同じ用途で次年度に早期に使用する予定である。
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