2023 Fiscal Year Annual Research Report
Quality assurance by systematized modeling of uncertainties and stochastic prediction of fatigue life for 3D printing
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20H02034
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
高野 直樹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10206782)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植松 美彦 岐阜大学, 工学部, 教授 (80273580)
松田 哲也 筑波大学, システム情報系, 准教授 (90345926)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 確率的FEMシミュレーション / 不確かさ / 確率的疲労寿命予測 / 3D積層造形 / 歯科補綴物 / チタン合金 / 純チタン / 造形不良 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 歯科補綴物（クラスプ）の疲労寿命：口腔内環境を模擬した人工唾液浸漬後の疲労試験を純チタン、チタン合金製クラスプに対して行い、浸漬無しの場合と同等の疲労寿命が維持されることを確認した。また、チタン合金製クラスプの疲労寿命のばらつき予測も可能とし、純チタンとチタン合金の疲労寿命の検定より、純チタンの疲労寿命が有意に長いを確認した。次に、造形姿勢が異なる純チタン製クラスプに対し、マイクロCT撮像を行い、アームに沿った断面二次モーメントと断面積の算出法を開発することにより、疲労試験片の幾何的精度が良好であり、造形前にCADデータに基づくFEM解析で疲労寿命予測をする手法の妥当性が確認できた。以上により、本課題で提案した確率的疲労寿命予測法の検証がすべて完了した。
2. セルフサポートされた円孔の幾何的精度：サポートレスで、未焼結粉末によりセルフサポートされただけの円孔つき試験片を造形することによって、円孔の形状のゆがみをフーリエ級数展開により近似する手法を開発した。これにより、造形前に造形不良を予測し、確率的FEMシミュレーションを行うことが可能となった。
3. 応用探索（銅合金を用いたヒートシンクの設計法）：銅合金の密度、力学的特性（ヤング率、ポアソン比、耐力、引張強度）、熱的特性（熱伝導率、比熱）の温度依存性の計測と、マイクロCT撮像による初期欠陥観察、引張試験の破面観察より、基礎的な特性を解明した。温度依存性を考慮した非定常熱伝導解析に基づき、電子ビームコンバータ搭載用ヒートシンクの設計を行った。造形後にマイクロCT撮像により幾何的精度も確かめた。不確かさを有する熱伝達係数について、温度依存型モデルを用いた解析により、設計案の有効性を確かめた。密度が高い銅合金では、周辺サポートがあれば、セルフサポートによる円孔の造形も可能であり、組立性をも考慮した設計を行うことができた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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