Development of functionally graded 4D printing method for glass fiber reinforced shape memory composites

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K14630
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 酒井 康徳 芝浦工業大学, システム理工学部, 准教授 (70774769)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 積層造形 / 繊維複合材料 / トライボロジー / 機能性材料 / 生産加工 / 3Dプリント / 形状記憶材料 / 複合材料

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．