2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on high efficiency method of electrical discharge forming with microbubbles using resin mold made by three-dimensional printer
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19K04111
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
小板 丈敏 早稲田大学, 理工学術院, 主任研究員 (00750192)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 衝撃波 / マイクロバブル / 放電成形 / 水中放電 / 樹脂型 / 3Dプリンター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高価な金型を使用した放電成形の高コスト化の課題解決に対し、安価な型である3Dプリンタ造形樹脂型を使用し、放電誘起水中衝撃波とマイクロ
バブルの干渉による高圧力を利用した、樹脂型利用マイクロバブル活用放電成形の研究開発を目指している。
本年度の研究成果として以下の3点が挙げられる:樹脂型利用マイクロバブル活用放電成形の制御に必要不可欠な(1)金属剛体壁へのマイクロバブル付着時間に対するバブル付着現象の解明、および、(2)水中放電装置の回路抵抗の変化によるマイクロバブルに作用させる放電誘起の水中衝撃波の圧力と力積の制御の確立、（3）3Dプリンタ造形樹脂型を用いた水中放電成形での薄板の塑性変形を発生させる放電エネルギーの解明を行った。
(1)顕微鏡設置高速度ビデオカメラを用いたマイクロバブルの付着現象のリアルタイムの拡大撮影により、昨年度の研究成果である理論解析で算出された、金属板の塑性変形を可能とする直径40μmのマイクロバブル群を金属剛体に1分間付着させた場合、マイクロバブル同士が複数個、結合することが判明した。マイクロバブル活用放電成形を確実に発生させるためには必要なマイクロバブルを単体で金属板に付着させるためには付着時間は1分以下が必要となること解明した。(2)水中放電装置の回路抵抗の変化により電流電圧波形から算出される放電エネルギーを制御させ、マイクロバブルに干渉させる水中衝撃波の圧力と力積の制御を可能とした。放電エネルギーをColeの式に代入することで水中衝撃波の圧力を推算できることを実験的に解明した。(3)マイクロバブル付着なしの銅薄板に3Dプリンタ造形樹脂型を設置した水中放電成形の実証実験および薄板の塑性変形量の測定を行い、放電エネルギー9.187 Jにおいて、樹脂型の損傷なく、樹脂型の円錐凹型に沿って張り出しの塑性変形が可能となることを明らかとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初、2020年度に樹脂型利用マイクロバブル活用放電成形の実証実験を行う計画であったが、2021年度に実施することになった。2020年度は研究実績の概要で示したように、本成形法を制御するために必要なマイクロバブル付着時間の条件の解明および放電誘起水中衝撃波の圧力・力積と制御の確立を行った。上記の理由より計画に遅れが生じたが、これら制御を可能としたため、昨年度の研究成果である最適なマイクロバブル直径、および、本年度の研究成果である最適なマイクロバブル付着時間と放電誘起水中衝撃波の圧力の制御を用いて、2022年度に樹脂型利用マイクロバブル活用放電成形の実証実験を推進する。
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| Strategy for Future Research Activity |
3Dプリンタ造形樹脂型を使用した樹脂型利用マイクロバブル活用放電成形の実証実験を行う。昨年度の研究成果である最適なマイクロバブル直径、および、本年度の研究成果である最適なマイクロバブル付着時間と放電誘起水中衝撃波の圧力の制御を用いて、本実証実験を遂行する。本放電成形の詳細な実証を行うために、放電発光を抑えた放電現象可視化法および高速度ビデオカメラを用いた可視化実験を行い、マイクロバブルのリバウンド衝撃波による銅薄板の塑性変形過程の現象解明を行う。本実証実験を展開させ、上記の最適条件に対して、同時多数成形を可能とする最適な放電エネルギーと放電深さ （放電電極と成形対象の銅薄板との間の距離）の調査実験を行い、樹脂型利用マイクロバブル活用放電成形法による同時多数成形の研究開発を推進させる。
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| Causes of Carryover |
2020年度に樹脂型利用マイクロバブル活用放電成形の実証実験を行う計画であったが、2021年度に実施することになったため、本実証実験で必要となる放電成形の専用の水槽と電極、および、対象の銅薄板と放電成形で使用する精製水の使用額が次年度使用額として生じた。次年度使用額と翌年度分として請求した助成金を用いて、樹脂型利用マイクロバブル活用放電成形の実証実験、および、本実証実験を展開させた同時多数成形の研究開発を遂行する。
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