2021 Fiscal Year Research-status Report
Simultaneous process of 3D printing and joining for CFRP parts with high shape flexibility
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20K14621
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中川 佑貴 東京工業大学, 工学院, 助教 (50837739)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 3Dプリンティング / 炭素繊維強化樹脂 / レーザー接合 / 機械的接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，自由な形状を持つCFRP部材の製造と金属部材との接合を目的として，CFRP部材の成形・接合同時3Dプリンティング法の開発を最終目標としている．
今年度は前年度に実験したCFRP部品のレーザー援用3Dプリンティングを論文として発表した．その後開発したレーザー援用3Dプリンターを用いて金属上に樹脂を直接3Dプリンティングしながら接合する手法について検討している．
また並行してカシメを形成しながら金属部品上に樹脂部品を成形する成形接合同時3Dプリンティング法を開発した．突起のついた下部品を成形し，穴の開いた金属部品を配置し，その上部品を3Dプリンティングすることでカシメを形成する．この方法のメリットは金属，樹脂部品共に素材を問わない点，また接着剤を用いず分解が容易でありリサイクルしやすいという点にある．下部品の突起の直径および高さを変えることで，接合強度に及ぼすパラメーターを探索した．その結果突起の高さを金属部品の厚さよりも高く飛び出るようにすることで，上部品と突起の界面の強度が向上し，結果として部品のせん断引張強度が向上することを明らかにした．またクリアランスも影響が大きく，位置決めを容易にするためにクリアランスを大きくすると破壊形態が変わり，強度が大きく低下することが分かった．その他，上部品印刷時における下部品の温度が強度に及ぼす影響について検討した．これらの結果を国際会議で発表し，現在論文は査読プロセス中にある．
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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
当初予定にはなかったがより簡便かつ素材を問わない接合方法としてカシメによる機械的接合法に関する研究が一定程度進行した．本方法においてはまだ繊維強化については試みていないが，適用可能性がある．
レーザー援用による金属への直接3Dプリンティングに関しては一部素材においては成功しているが，まだ十分な寸法精度は得られていないため今後の課題である．
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| Strategy for Future Research Activity |
まずカシメによる機械的接合法においても繊維強化樹脂部品が製造できるか挑戦する．特に繊維は樹脂が十分に含浸しない場合において界面の強度が低下することがあり，繊維配置に工夫が必要であると考えられる．レーザー援用による金属への直接3Dプリンティングは特に金属側の素材による影響があるので，鋼，アルミニウム合金，銅合金など複数種類の材料に対して実験を行う．また表面処理を施した金属材料への実験を行い，まずは繊維なしでの接合範囲を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由としては，引き続きの新型コロナウイルスによる出張抑制および学会のオンライン化によって旅費が想定より少なかったこと，また12月ごろに次年度以降の研究機関移動が内定していたため，物品の新規購入を見合わせていた．2022年度は新機関に装置は移管しているが，不足設備や消耗品があると見込まれるので，次年度使用額を利用し研究設備を整えたい．
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