2023 Fiscal Year Annual Research Report
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
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20K04228
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| Research Institution | Nagano Prefectural Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小林 義和 長野県工科短期大学校, 技術研究開発機構, 教授 (60277390)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 3Dプリンタ / CAD/CAM / DfAM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
3Dプリンティングシステムの登場により新しい設計手法DfAM(Design for Additive Manufacturing)が提唱されている。これは、製品内部の設計や複数材料を一つの製品に用いた設計を可能にするなど、従来とは異なる設計手法の提案であり革新的な製品開発につながる手法として注目を浴びている。しかし従来の３DプリントにおけるCAMシステムは内部形状が均一となってしまい、複雑で不均一な内部形状を造形することが難しいなどの問題点があり汎用性に乏しい。そこで本研究は製品の内部設計に焦点をあて、造形物内部の材料充填率や内部パターンの形状や大きさを自由に設計できる汎用性のある内部形状設計システムを開発した。
申請者はDfAMの内部設計の研究を進め、形状が同じ試験片（80×20×10mmの直方体，材質PLA）の内部構造を変え、曲げ試験を行っい内部構造の違いと曲げ特性の関係を明らかにした。なお、内部構造はボクセルを積み上げた格子形状となっている。その結果、ボクセル内を材料で満たす割合（材料充填率）が大きくなると、すなわち格子形状を構成する壁の厚さが大きくなると曲げ特性も強くなることがわかった。これは、試験片の材料の充填率の違いが曲げ強度に大きく影響するということである。また、同じ充填率で格子の大きさを変えることでも若干曲げ強度の違いがあることがわかった。
さらに，令和５年度には内部形状を作成するアルゴリズムを応用し，３Dパズルを作成するソフトウェアを開発し、実際に３Dプリンタを用いいろいろな形状の３Dパズルの製作を行った。
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