2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of functionally graded 4D printing method for glass fiber reinforced shape memory composites
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20K14630
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
酒井 康徳 芝浦工業大学, システム理工学部, 准教授 (70774769)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 複合材料 / 形状記憶材料 / 3Dプリント / 生産加工 / 機能性材料 / トライボロジー / 繊維複合材料 / 積層造形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，傾斜形状記憶部品の創成が可能な新規複合材料の3Dプリント技術FAAM（Fillament Added Additive Manufacturing）の確立および，それを用いたガラス繊維形状記憶ポリマGFR‐SMPの開発を目的とする．
令和４年度は，繊維切断を行った後，再度ノズルから安定的に繊維を供給する方法や，繊維へのマトリクス樹脂の含浸状態が不十分になる課題を中心に改善にむけた検討をおこなった．具体的には，現在はスクリュ軸中心から供給している繊維の供給方法の再検討や，含浸プロセスや含浸機構の再設計である．まず，繊維と樹脂の供給方法として，ダブルスクリュ機構を新たに検討した．2本のスクリュを並列に並べ，その間にある微小隙間に繊維を供給することで，従来よりも含浸圧力を高めるとともに，含浸プロセスに要する距離を長くし，効果的な含浸を目指した．含浸不足は改善されることは確認できた．また，樹脂流れにそって繊維始端が自己流動により供給されていくようになることが一部確認できた．しかし，隙間内で繊維が左右にブレが生じ，クラッド材とコア材との間でムラが生じることが確認された．これについては，スクリュー間の隙間量を調整することや，スクリュ回転数を変更することにより圧力の調整をすることを検討する予定である．
令和4年度は，この含浸プロセスに関する検討に多くの時間を割いた．したがって，令和5年度に試験片による強度試験と機能性構造物の試作評価を行う予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和4年度は，この含浸プロセスに関する検討に多くの時間を割いた．したがって，令和5年度に試験片による強度試験と機能性構造物の試作評価を行う予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度に行う予定だった内容の一部を，令和5年度へ持ち越すこととした．したがって，本研究課題の最終年度となる令和5年度には，実際にFAAMで製造した複合材料の機械的特性や変形挙動が，シミュレーションによる結果とどの程度一致するのかを比較検討する．具体的には応力ひずみ線図や熱-力学サイクル実験等により特性比較を行う．さらに，テーブルやノズルの温度，スクリュー回転速度などの加工条件が，造形物の特性に与える影響についても評価する．クラッド-コア比を変えるために繊維直径を変えた造形を行い，クラッド-コア比の変更による傾斜機能組成の実現にチャレンジする．
最終年度となるため，これまでに得られた成果や知見を学術論文という形でアウトプットするとともに，FAAM技術のさらなる高度化に向けた課題の洗い出しや，具体化を行っていきたいと考えている．また，本研究課題によって得られた知見を下に，フィラメント材料を複合した傾斜複合材料の積層造形技術の理論体系化を図るとともに，今後の繊維傾斜記憶材料の応用利用についても検討する．
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| Causes of Carryover |
試作の一部を最終年度に変更したことによる差額が大部分を占める．また，研究計画の遅れに伴う延長申請と，それによる執行計画の変更にともなう予算執行計画の変更による．
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