| 研究概要 |
本研究の目的は,性質の異なる複数の材料が空間的に組み合わさり,センサ機能,アクチュエータ機能などの機能を有する構造物を,3次元CADの形状データから自動的・短時間に一体成形する,機能性ラピッド・プロトタイピングの基礎技術を確立することである。本研究の成果は,次のとおりである。
1. 本研究では,広い範囲の材料が利用できる造形方式として,材料を微小ノズルから押し出し,XYZ方向の走査により積層造形を行う溶融押出し方式を採用している。当初は押出し方法としてピストン・シリンダ機構を検討したが,材料の弾性などの影響により,押出し量の正確な制御が困難であった。そこで本研究では,スクリュー・シリンダ機構を採用することとし,造形装置の設計,試作を行なった。本装置では,材料毎に用意したシリンダを、造形中に切り替えることにより、材料の選択を行なう。
2. 従来のラピッド・プロトタイピングに利用されるデータ形式は,単一の材質で構成される形状のみを対象にしている。そこで,従来のデータ形式との互換性を失わずに,色や材質など性質が3次元的に分布する立体のラピッド・プロトタイピングを可能にする,新しい積層造形データ生成手法を考案した。
3. 複数材料を用いて造形を行なう場合,材料の組合せによって異材料の境界部分で結合が弱く剥離を生じる可能性がある。そこで,同一層内では造形軌跡を重複(重ね塗り)することにより、また積層間では両者の材料の奇跡が混在する層を自動的に挿入するインタレース方式の造形軌跡により,それぞれ異種材料間での結合を強める方法を考案した。
4. 以上の手法を、ハードウェア,ソフトウェアとして実装し,ピリプロピレン,熱可塑性エラストマ,導電性樹脂を組み合わせた造形実験を行ない,本手法の有効性,可能性,問題点を検証した。
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