2021 Fiscal Year Annual Research Report
多色刷り金属付加製造による 相転移するラティス構造の創製 ー4Dプリントの開拓ー
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19K22063
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小泉 雄一郎 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10322174)
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2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | Additive Manufacturing / 4Dプリント / 相転移 / 結晶構造 / 双安定性 / バイメタル / 形状記憶 / 超弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多色刷り金属付加製造（AM）による相転移するラティス構造の創製による4Dプリント技術の開拓に資する一連の研究を実施した。
多色刷り金属AMに関しては、初年度より継続していたTi-6Al-4V合金/Cu複材粉末床溶融結合が実現した際に課題となる、混合粉末の分離回収の研究を展開した。種々の粒子サイズ比と振動条件によって、非磁性粉末同士を簡便に分離できる条件を見出すとともに、そのメカニズムを個別要素シミュレーションにより解析し、空気抵抗が重要な役割を有することも明らかにした。
一方、4Dプリントに関しては、複材金属AMの高精度化を見据えて、以下のように展開した。熱可塑性ポリウレタンを用いて作製していたPhase Transforming Cellular Material（PXCM）のプロトタイプをベースに、有限要素解析を用いて局所応力を評価し、金属でも塑性変形が生じない新たなPXCMとして、梁を単純支持するPXCMを設計した。そのPXCMにバイメタルを組み込むことで温度変化にともなう相転移挙動の研究をさらに発展させた。具体的には、ユニットセルを1×３や2×2に配列させていたものを、4×8の配列にまで拡張した格子でも昇温冷却による相転移が発現することを示すとともに、大型化にともなう課題も抽出した。また、造形物の外形状に応じたユニットセル設計のためのコンフォーマル化のための計算手法も検討した。
さらに、当初予定して中断していたTi-Ni系での実験手法についても新たに考案し、Tiの表面にNiを付加してから合金化することによる複材3Dプリントに資する基礎研究も実施した。これにより、本研究の成果が今後さらに発展し、多色刷り金属AMが高精度化した際に、相転移するラティスの創成による4Dプリントが、新規学術研究へと発展するとともに、新技術の学術的基礎とするための方向性を示すことができた。
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| Remarks |
バイメタルを用いた相転移するセル格子に関する発表"Creation of a Lattice Structure Showing a Thermally-Induced Phase Transition Using Bimetal" Y. Koizumi, H. Nagayama ら、 がMRS 2022 Spring Meeting にて Best Poster Award にノミネートされた。
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Research Products
(9 results)
