2022 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 | Asahikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
中川 佑貴 旭川工業高等専門学校, システム制御情報工学科, 助教 (50837739)
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| Project Period (FY) |
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プリンティング法に関する論文を査読付き論文誌に発表した．カシメ形状を印刷できる3Dプリンティングの特性を活かして，素材を問わない接合方法が開発できた．また本手法は分解も容易でありリサイクル性に優れているという特性を持つ．
この方法に対してレーザーを援用することで，カシメ部分の強度が向上し結果的に接合強度を向上させることが出来ている．また金属と樹脂のマルチマテリアル部品部材を想定していたが，本手法では異種樹脂の接合が可能となっており，適用範囲の拡大が期待される．異種樹脂同士の接合においては，ただ異種樹脂上にもう一種類の樹脂を印刷するのみでは全く接合されないが，二つのノズルを持つ3Dプリンターによって，2種類の樹脂を交互に一層ずつ印刷しながらカシメを内包することで接合可能となる．この時に樹脂によって適切な印刷温度が異なっていたり，線膨張係数が異なることに起因する接合の相性が存在する．
この方法で硬質な樹脂とゴムライクな樹脂を組み合わせることで新しい製品が印刷可能となっている．具体的には馬の生産および成育過程における治療用装具への適用を検討している．現在はフィールドワークを行っている段階である．
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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
機械的接合を取り入れた接合方法は金属と樹脂，および異種樹脂同士の接合が可能となっており，目標となる高い形状自由度を持つCFRP部材の成形に寄与できるものとなった．断面観察などによって強化機構はある程度明らかにできているが，定式化には至っていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
素材の組み合わせは無限に存在するが，定式化のために素材を絞り，銅合金と樹脂あるいは異種樹脂同士の接合に着目し，カシメ形状のありなしを含め，レーザー条件が接合強度に及ぼす影響の定式化を目指す．適切なレーザー条件を定めた所で樹脂の炭素繊維強化を目指す．最終年度となるので，成果を論文としてまとめ発表する．
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| Causes of Carryover |
研究機関の異動に伴い研究立ち上げまでに時間を要したため次年度使用額が生じた．次年度においては使用中の3Dプリンターに関わる消耗品の交換時期が迫っているためそれに充てる．
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