3Dプリンタによる樹脂型を用いた水中衝撃波金属成型

Research Project

Project/Area Number	25917003
Research Category	Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	工学Ⅰ(機械系)
Research Institution	Kumamoto University
Principal Investigator	前原弘法熊本大学, パルスパワー科学研究所, 特定事業研究員
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2014-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help	¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000) Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywords	3Dプリンタ / 金属衝撃成形 / 水中衝撃波
Research Abstract	研究目的 : 金属板プレス成型は大規模な設備と非常に高価な金属金型を必要とする。その為、試作一つ製作するにも高コストで製作時間がかかることが課題である。そこで、高電圧放電を利用した瞬間的超高圧の水中衝撃波とバブルを発生させる衝撃波発生装置を利用する事で、板が高速度変形する為、樹脂のような剛性が比較的小さくても成型が出来る。本研究では3Dプリンタで製作した型を用いて、高電圧水中放電による金属衝撃成形を行い、張出し高さ、成形性を確認した。研究方法 : 厚み0.3㎜、直径140㎜のチタン板(TP270)と銅板(C1100P)を試料に用いた。自由張り出し成型用板押さえを3DCADで作成し3Dプリンタで製作した。樹脂は寸法安定性が高く、樹脂の中では高強度の部類のABS樹脂を選択した。使用したABS樹脂は100gでコストは400円と非常に安価で、3時間程で完成した。そのABS樹脂製板押さえに金属板を固定し、衝撃波発生装置を使った金属衝撃成形を行った。水中衝撃波とバブルによる応力波が板に瞬間的に負荷し、破断する限界のエネルギーを調整する為、充電電圧を調整した。更に放電方法は電極間で放電させるギャップ放電と、水中放電エネルギーを高める細線放電の2種類を行った。細線は長さ50㎜の炭素繊維6,000本を電極間に張って実験した。研究成果 : 充電電圧2.0kV、静電容量800μF、充電エネルギー1.6kJと充電電圧3.0kV、静電容量800μF、充電エネルギー3.6kJとした。成形結果は銅板では破断、しわもなく良好な成形結果が得られ、最大張出し高さは30㎜であった。チタン板では破断は生じていないものの、材料が型に引き込まれた事によって、肩部周辺にしわが確認され、最大張出し高さは19㎜であった。銅と比較してチタンは延性が小さい事が影響しているものと思われ、今後はしわの発生を防ぐ成形型を検討する。