2021 Fiscal Year Annual Research Report
ラチス構造破壊過程の三次元形状計測と解析技術の構築
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19K04136
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
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Principal Investigator |
三浦 由佳 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 事業化支援本部技術開発支援部実証試験技術グループ, 副主任研究員 (10807647)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長井 超慧 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (20586002)
大竹 豊 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50425617)
月精 智子 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 事業化支援本部技術開発支援部計測分析技術グループ, 主任研究員 (80520220)
紋川 亮 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 事業化支援本部技術開発支援部製品化技術グループ, 上席研究員 (10399397)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | X線CT / ラチス構造体 / 3Dプリンタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
輸送機器業界では部品の軽量化が最重要課題となっており、ラチス構造など金属3Dプリンタでしか製造できない構造に注目が集まっている。ラチス構造を金属3Dプリンタで造形した際、形状によっては残留応力の影響により、構造体内部に欠損・非接合不良が生じる。ラチス構造体に関する研究は、シミュレーションを用いた破壊挙動解析が一般的であり、実造形で発生する不良がラチス構造体の破壊過程にどのような影響を及ぼすか、ほとんど理解されていない。本研究では、In-Situ X線撮影による三次元形状計測技術に関して、ラチス構造体の圧縮過程をリアルタイムX線撮影するための、X線CT装置内に設置する圧縮試験機の開発に成功した。4次元CT再構成アルゴリズムの研究では、変形前の形状データが取得可能である点に着目し、X線透過像を使って初期形状を徐々に変形していく方法を採用した。形状変形には、ラチス構造の破断に対応するために、トポロジー変化に対応可能なレベルセット法を用いることとした。静的X線CTデータに対する高分解能化の手法を提案し、樹脂ラチス構造のX線CTデータを用いて実験を行い、ノイズ量を抑えて高分解能可能であることを確認した。また、X線CT装置内に設置する圧縮試験機のソフトウエアの開発にも成功した。4次元CT再構成アルゴリズムの研究では、4次元CT再構成法の実証にあたり、水を吸収して膨張するサンプルを用いた。膨張したサンプルが乾燥して徐々に収縮する過程を数日間Ｘ線撮像し続けることにより、実証データを作成し、変形していく形状の再現ができることを確認した。ラチス構造の解析に関しては、骨組み構造をグラフとして表現し、時系列で変化していくCTデータに合わせてグラフ節点を移動していくことにより、構造の変化が解析可能なデータを得ることができた。
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