2022 Fiscal Year Annual Research Report
Design and fabrication of multilayered sheet by metallic face and composite core with three-dimensional periodic structure
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20H00300
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柳本 潤 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90220194)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 複合材料 / 金属シート / 三次元周期コア / トポロジー最適化 / 3Dプリンタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複層構造は、優れた機械的特性を発現する構造である。本研究では、金属被覆材（フェースシート）に挟む連続／非連続炭素繊維CFRPコア材の３次元幾何構造を制御することで、多様な力学特性を持つ薄板材料を創造し、製作し、評価することを目的とする。具体的には、
1）メタルフェースと３次元周期構造を持つ樹脂あるいは炭素繊維強化複合材料コアからなる複層構造の、コア構造を最適化する方法 2）得られた構造を熱溶解式3Dプリンタ（樹脂あるいは熱可塑性短炭素繊維強化複合材料（CFRTP）を模擬）ならびに光造形式3Dプリンタ（熱硬化性長繊維強化複合材料CFRPを模擬）造形しフェースシートを接合したプロトタイピング 3）以上で提示されたコアを、樹脂または炭素繊維強化複合材料の、デジタルサーボプレスと金型を利用した温間スタンピング成形で作製しフェースシートと接着して薄板化の、３つの段階（ステージ）を研究対象とする。
コアの3次元立体構造の決定にはトポロジー最適化を利用し、最適化された構造の造形には３Dプリンタを用い、フェースシートとの接着は曲げ剛性評価には、既存設備であるオートクレーヴやサーメックマスターを利用する。一連の研究を通して、機械的特性（強度）と二次加工性（延性）という相反する特性を同時に満足させる方法について検討を実施する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度は、1)メタルフェースシートとコアを接着した後に二次成形が可能でありかつ、材料の強度や成形能の異方性を制御できるコア構造の探求、2)このコア構造の成形性など評価試験、3)成形性を向上させるための方策としてコアとメタルフェースシートの間に充填剤を充填した成形手法の開発、を行った。さらに、4)フェースシートを連続繊維CFRPシートとし、CFRPシートのみからなる連続繊維コアメタルサンドイッチシートの成形法、5)圧延による製造したプリプレグ予備硬化シート材をもとに温間成形を行い3D形状を造形する手法、について検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度からの最終2年度には、計画通りに、熱硬化性樹脂を利用したコアメタルサンドイッチシートの創製や、逐次成形したコアとメタルフェースシートとを接着したシート材の機械的特性の評価を行う。また、ストラタシス社のマルチマテリアルプリンタにより3D構造を造形し、コア材料の構成が曲げ強度や成形性、さらにメタルフェースシートとコア材料の接合性におよぼす影響につぃて、包括的な検討を行う。メタルフェースシートは、t0.3mm程度の純チタン薄板とする。
研究成果は今までと同様に国際学術誌論文への投稿および掲載を進めていく。
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