2021 Fiscal Year Research-status Report
積層溶融型3Dプリント複合材の粒子法を用いた成形シミュレーション
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20K05113
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
轟 章 東京工業大学, 工学院, 教授 (50211397)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ３Dプリンタ / 複合材料 / 粒子法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和二年度において，当初予定であった事項を修正して，短繊維を含んだ複合材フィラメントの３Dプリントの二次元印刷プロセスがMoving Particle Semi-implicit (MPS)法でシミュレーションできるようになり，実験と比較して９０％以上の形状類似性が得られた。
令和三年度では，これを三次元に拡張することを目的として研究を遂行した。三次元へのMPS法シミュレーション手法の拡張そのものは容易であった。アルゴリズム的には既に３次元用にされていたものを二次元で実施していただけである。しかし，３次元シミュレーションを実施するに当たり，シミュレーションモデルの構築が重大な問題となった，これは，ノズル形状やフィラメント形状などの円形の複雑形状を，六方格子の格子点上に正確に配置しないと，MPS法では，ごくわずかな粒子間距離の変動が圧力変動になり，その不規則な点で過剰な圧力変動が発生して粒子が飛び出す現象が発生してしまうためである．三次元のノズルやフィラメントであるが故に修正に一年を有した．特にノズル形状の修正は非常に手間のかかる作業であった．三次元解析は時間がかかるため，修正の有効性を判断する作業も数週間を要するものであった．
修正後に解析を実施したところ，アルゴリズムそのものはそのまま適用が可能である事を確認した。MPS法の解析には二週間の程度が必要であった．さらに，実験値と比較した結果，断面形状は９０％以上の類似性を有しており，３次元解析手法も有効であることを確認した。今後は溶融シミュレーションをインプリメントしていく予定である．
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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
研究実績に記載した通りであるが，当初は簡単に３次元化できる予定であったが，シミュレーションに入力するモデルの適切性の判定に手間取ることになったが，３次元モデルに成功し，シミュレーションの実施に成功した．また，３次元のシミュレーション結果も実験結果とよく一致しており，シミュレーション手法の有効性は確認できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和二年度において，二次元の短繊維複合材フィラメントの３Dプリントプロセスを完成させた．令和三年度において，３Dプリントプロセスの３次元シミュレーションを完成させた．令和四年度においては，二次元のプリントパス融合プロセスシミュレーションを実施する．融合プロセスでは，既に固化したプリントプロセスの扱いを検討する必要がある．特に固化したパスと液化したプリントの間の粘性モデルを考慮する必要があり，液体のままで粘性を大きくするモデルと，固体として扱うモデルで検討する．
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