３Dプリンタ造形における製品内部設計手法の提案とCAD開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04228
• Research Institution: Niigata Institute of Technology
• Principal Investigator: 小林 義和 新潟工科大学, 工学部, 准教授 (60277390)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: CAD/CAM / 3Dプリンタ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、３Dプリンタで造形する際に内部の形状を強度と形状寸法の両面から設計できるようにするため、（１）内部形状を設計するための指針の作成と（２）内部形状設計用CADの開発を目的としている。これは、部品の軽量化と強度の両面を最適化することができ、更に内部形状とそこに使用する材料を自由に変えることが可能であれば、従来にはない新しい機能を製品に付与することができると考えたからである。
本年度はグラフィックスソフトウェア（Adobe社の3ds Max)のAdd-Inを利用し形状データをボクセルデータで置換する仕組みを整え、立体形状の内部をボクセルの大きさで制御するシステムを開発した。この開発したシステムを用い、内部構造を色々と変えた引張試験と曲げ試験用の試験片を作り、実験を行った。その結果、内部構造の違いにより実験結果が異なり、内部構造の形によっても機械的特性が変化することを確認した。更に各実験により試験片の破断する場所が変化することから、内部構造により破断場所を制御できることがわかった。これは製品の分解、リサイクルを容易にする技術として応用できそうである。
また、別の研究テーマ「３Dプリンタを用いた樹脂型の製作」において、型内の冷却水管のを自動で作製する際に、本研究で開発したシステムを応用した。その結果、型内に人間の血管網のような複雑な冷却水管を作ることができた。これから作製した冷却水管の冷却特性を調べる実験を行い、水管の最適化を行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

開発する基本システムの開発は順調に進んでいるが，実際に３Dプリンタで設計したものを製作し評価すると空中に浮いて造形できない部分や複雑な形状を処理するときにエラーが発生することがあり安定性に欠けるところがある。このバグを取り除くため、いろいろ試行錯誤をしているが、まだ完全には解決はしていない。しかし本年度の目標の一つである「内部形状を設計するための指針の作成」における、内部形状を色々変えた試験片の引張りや曲げ試験の実施は完了し現在データをまとめている。

Strategy for Future Research Activity

R5年度は（１）開発している内部形状作成システムをブラッシュアップさせる、（２）樹脂型に（１）のシステムを応用し、冷却性の良い樹脂型を作製する、を開発目標とし、最終期間でもあるので研究のまとめをしていく予定である。

Causes of Carryover

購入物品の価格が変わったため。