Study on additive manufacturing method with high degree of freedom of material and capability of creating functionally graded material

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K03865
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 多田 達也 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (40805214)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 樹脂粉体 / 摩擦帯電 / 3D造形 / 熱溶着 / 熱可塑性樹脂

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、「材料自由度が高く」且つ「傾斜機能特性を持つ材料の創成も可能」な「新たな付加製造技術」構築することを目的とした研究で、具体的には「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」の構築を目的とした研究であり、その必要条件となる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異種材粒子間の固着も可能とする3次元積層溶着技術に関する研究と、⑤得られる傾斜機能特性に関する研究とから成るものである。
今年度はCOVID-19のテレワーク対応のため、研究計画を当初の実験検討主体から文献調査主体による検討に変更して研究を行った。
前年度までの研究も踏まえ、①では、熱可塑性樹脂種対応性が高いμmサイズ以下の微粒子作製法としては、固体からブレイクダウンしていく方式ではなく樹脂溶融からビルドアップで粒子を作製する方式であることがわかった。②では、入手した5種類の熱可塑性樹脂粒子の帯電特性を、帯電特性が制御された摩擦帯電部材に対する摩擦帯電特性で評価し、4種の樹脂粒子が摩擦帯電量の制御が可能で、帯電粒子のハンドリング技術を適用できる帯電特性を有していることを確認し、また、残りの1種も樹脂粒子表面に帯電制御部材を付加すれば樹脂粒子の帯電特性を調整できることを確認した。④では、単一樹脂粒子の粉体層及び異種の熱可塑性樹脂が混在した粉体層の熱溶融シート化についての研究を行い、粉体層を挟み込んだ状態で熱溶融しそのまま徐冷を行うことでシート化が行えることを確認した。また、シート間の熱溶着の研究に関しては、シートの相対する接触部分の温度制御が可能な積層溶着方式の構成に関する調査を進めた。
また、計画から遅れたが⑤の研究につながる③の検討治具の立ち上げを開始した。