• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

多色刷り金属付加製造による 相転移するラティス構造の創製 ー4Dプリントの開拓ー

研究課題

研究課題/領域番号 19K22063
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分26:材料工学およびその関連分野
研究機関大阪大学

研究代表者

小泉 雄一郎  大阪大学, 工学研究科, 教授 (10322174)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードAdditive Manufacturing / 4Dプリント / 合金化 / 相転移 / 結晶構造 / 双安定性 / 異種金属 / 形状記憶 / バイメタル / 超弾性
研究開始時の研究の概要

将来の異種金属材料の3Dプリント技術の開発と活用による異種材料の3次元配置やその場合金化3Dプリントによる4Dプリント技術を開拓にむけて、造形中の異種材料同士の反応やその流動への影響等を加味して異種金属粉末の融合を、混合熱の溶融挙動への影響、溶融凝固部の相・組成分布、緻密化挙動への混合の影響に注目して明らかにし、異種金属材料3Dプリントと4Dプリントの指導原理を示す。これにより例えば、バイメタルに3次元的なラティス構造を与えて、温度と共に異なる部位で熱膨張率の違による変形を駆動力としたラティス構造転移の発現のような形状変化をプログラミング可能な新規材料創製の道を開拓の礎とする。

研究成果の概要

多色刷り金属付加製造(AM)を用いた相転移するラティス構造創製による4Dプリントの開拓に資する一連の研究を実施した。Ti合金/Cu複材粉末床溶融結合(PBF)の素過程となる溶融挙動の評価、混合粉末の分離機構の評価を行うとともに、金属への4Dプリントの適用の前段階として樹脂のPBFにより相転移するラティス構造を創成し、その力学特性と相転移挙動を評価した。さらにバイメタルを組み込んだラティス構造を作製し、温度変化にともなう相転移挙動を評価し、昇温・冷却による相転移が可能であることを示した。大型化、や造形物の外形状に応じたコンフォーマル化における課題を抽出し、設計指針を検討した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

多色刷り金属AMの基礎として、複材粉末床の選択的溶融の基礎研究を行い、異材粉末床の境界領域の溶融における課題を示した。また将来重要となる混合粉末の分離回収法として振動分離の可能性を示し、実際に簡便に分離できる条件を見出した。また、相転移するラティスの4Dプリントの基礎となる、構造と特性の関係のデータ科学的手法を構築した。さらに、バイメタルを組み込んだラティス構造の温度変化による相転移挙動の研究を発展させた。本研究の成果は、多色刷り金属AMが高精度化した際に必要となる相転移するラティスの創成による4Dプリントの学術的基礎となり、新規メタ材料創成のための方向性を示す研究としての社会的意義がある。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 1件、 招待講演 8件) 図書 (3件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] 3Dプリントを活用した形状記憶・衝撃吸収メタマテリアル開発2020

    • 著者名/発表者名
      鐘ヶ江 壮介,奥川 将行,小泉 雄一郎
    • 雑誌名

      The Journal of 4D and Functional Fabrication

      巻: 1 ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 金属付加製造における凝固とプロセス最適化2020

    • 著者名/発表者名
      小泉雄一郎
    • 雑誌名

      エレクトロニクス実装学会誌

      巻: 23 号: 6 ページ: 446-451

    • DOI

      10.5104/jiep.23.446

    • NAID

      130007894772

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粉末床溶融結合型金属付加製造による材料組織制御と格子構造体の創製2020

    • 著者名/発表者名
      小泉 雄一郎, 鐘ヶ江壮介, 藤田武志
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 55 ページ: 10-14

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 3Dプリントを活用した形状記憶・衝撃吸収メタマテリアル開発2020

    • 著者名/発表者名
      鐘ヶ江 壮介,奥川 将行,小泉 雄一郎
    • 雑誌名

      日本画像学会誌 (Journal of the Imaging Society of Japan)-4DFF

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] バイメタル製曲がり梁を有する格子構造体の熱誘起相転移2022

    • 著者名/発表者名
      永山 隼、鐘ヶ江 壮介、奥川 将行、小泉 雄一郎
    • 学会等名
      日本金属学会2022年春期第170回講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Creation of a Lattice Structure Showing a Thermally-Induced Phase Transition Using Bimetal2022

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Koizumi, Hayato Nagayama, Sosuke Kanegae, Masayuki Okugawa, Masaki Hosoda
    • 学会等名
      Materials Research Society 2022 Spring Meeting <Nominee for the MRS Best Poster Award >
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイメタルを使用した熱誘起相転移を示す格子構造の創製2021

    • 著者名/発表者名
      永山隼、鐘ヶ江壮介、奥川将行、小泉雄一郎
    • 学会等名
      Conference on 4D and Functional Fabrication 2021 (Session5 価値創造のためのマテリアルデザイン)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 金属3Dプリントのデジタルツイン科学:PBFプロセス最適化のための観察と計算機シミュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      小泉雄一郎
    • 学会等名
      一般社団法人 日本非破壊検査協会・九州支部
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 粉末床溶融結合法による金属の3Dプリント2021

    • 著者名/発表者名
      小泉雄一郎
    • 学会等名
      一般社団法人日本鋼構造協会 (JSSC) 関西地区連絡会 情報技術利用委員会2021年度第4回鋼部材の施工・製作における情報技術利用に関する調査委員会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 付加製造用異種金属粉末の振動による分離実験と個別要素法による解析2021

    • 著者名/発表者名
      森本紗伎, 奥川将行, 小泉雄一郎
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 2021年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 衝撃吸収・形状記憶双安定(bistable)セル格子の構造最適化設計2021

    • 著者名/発表者名
      鐘ヶ江壮介、永山隼、奥川将行、小泉雄一郎
    • 学会等名
      日本機械学会 マイクロナノ工学部門COMSOLによるマルチフィジックス解析-基礎からの実習と最新の活用事例紹介-
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Electron Beam Single-Track Tests for Ti-6Al-4V/Copper Multi-Material Powder Bed Fusion Additive2021

    • 著者名/発表者名
      王 雷、檜枝 賢護、奥川 将行、 川端 弘敏、小泉 雄一郎、中野 貴由
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会・日本金属学会関西支部 材料物性工学談話会 第2回講演会(学生講演会)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Ti-6Al-4V/Cuマルチマテリアル粉末床への付加製造用電子ビーム照射による溶融凝固2021

    • 著者名/発表者名
      王 雷、檜枝 賢護、奥川 将行、川端 弘敏、小泉 雄一郎、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会2021年春期第168回講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 付加製造用電子ビーム照射によるSUS304鋼およびSUS316L鋼の溶融凝固挙動2020

    • 著者名/発表者名
      宮田雄一朗、福井潤也、奥川将行、小泉雄一郎、中野貴由
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第180回秋季講演大会 学生ポスターセッション
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 粉末床溶融結合法でのレーキ過程における粉末粒子の挙動の個別要素法による解析2020

    • 著者名/発表者名
      磯野佑輔、奥川将行、小泉雄一郎
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会2020年度秋季大会(第126回講演大会)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 原子配列を模倣した双安定性構造の有限要素法による力学特性最適化2020

    • 著者名/発表者名
      鐘ヶ江 壮介,奥川 将行,小泉 雄一郎
    • 学会等名
      Conference on 4D and Functional Fabrication 2020 ~ New Paradigm over 3D Technology ~
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 粉末床溶融結合型金属Additive Manufacturingにおける材料組織の制御2019

    • 著者名/発表者名
      小泉 雄一郎
    • 学会等名
      接合科学研究所第16回産学連携シンポジウム 第109回シンポジウム「金属学研究者と技術者のための3Dプリンタ科学・技術・造形事例」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 3Dプリンティングにおける溶融凝固現象とミクロ・マクロ構造制御2019

    • 著者名/発表者名
      小泉 雄一郎
    • 学会等名
      第9回 日本セラミックス協会マテリアル・ファブリケーション・デザイン研究会 機能発現のためのマテリアルデザインとファブリケーションデザイン
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 積層造形における材料特性制御のためのプロセス最適化2019

    • 著者名/発表者名
      小泉 雄一郎
    • 学会等名
      学際国際高度人材育成ライフイノベーションマテリアル創製共同研究プロジェクト生体材料分野講演会:積層造形技術開発と生体材料創製への応用展開
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属付加製造(AM)における材料特性制御のためのプロセス最適化設計 ~2019

    • 著者名/発表者名
      小泉 雄一郎
    • 学会等名
      令和元年秋季 全国大学材料関係教室協議会講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 個別要素法(DEM)による付加製造(AM)用金属粉末の流動性と粒度分布の関係の解析2019

    • 著者名/発表者名
      磯野佑輔, 小泉雄一郎
    • 学会等名
      一般社団法人粉体粉末冶金協会 2019年度秋季大会(124回講演大会)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Additive Manufacturing用電子ビーム照射によるTi-6Al-4V合金粉末・Cu粉末境界部の溶融凝固挙動2019

    • 著者名/発表者名
      檜枝賢護,川端弘俊,小泉雄一郎,中野貴由
    • 学会等名
      傾斜機能材料学会 特別企画セッション: 3次元積層造形による材料構造制御(第29回傾斜機能材料シンポジウム FGMs奨励賞)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 電子ビーム造形法による金属部材の組織制御と付加製造用異種金属粉末の分離2019

    • 著者名/発表者名
      小泉雄一郎,森本紗伎 ,川端弘俊, 高橋弘紀
    • 学会等名
      傾斜機能材料学会 特別企画セッション: 3次元積層造形による材料構造制御 【特別講演】
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 粉末床溶融結合型付加製造 (AM) 用電子ビーム照射によるTi-6Al-4V合金粉末・Cu粉末境界部の溶融凝固挙動2019

    • 著者名/発表者名
      檜枝 賢護、奥川 将行、川端 弘俊、小泉 雄一郎、中野 貴由
    • 学会等名
      日本金属学会 第166回春季講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] メタマテリアルの設計、作製と新材料、デバイス開発への応用2022

    • 著者名/発表者名
      中川 勝、 岡本 敏弘、 藤井 雅留太、 平沢 一真、 長尾 忠昭、 花村 克悟、 松井 裕章、 宮崎 康次、 岩見 健太郎、 玉山 泰宏、 山本 洋平、 山岸 洋、 内野 俊、 雨宮 智宏、 高原 淳一、 森竹 勇斗、 向井 剛輝、 鐘ヶ江 壮介、 奥川 将行、 小泉 雄一郎 他
    • 総ページ数
      508
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861048760
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] 3Dプリンタ用 新規材料開発 (監修 萩原 恒夫, [第2章材料設計/第2節3Dプリント用の材料・プロセス 設計のための計算機シミュレーションを分担執筆)2021

    • 著者名/発表者名
      萩原恒夫、京極秀樹、田中浩也、藤井雅彦、小泉雄一郎、奥川将行ら
    • 総ページ数
      380
    • 出版者
      NTS 出版
    • ISBN
      9784860437107
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [図書] Multi-dimensional Additive Manufacturing, (“Chapter 3. Selective Electron Beam Melting”を執筆) Soshu Kirihara, Kazuhiro Nakata, Editors2020

    • 著者名/発表者名
      Soshu Kirihara and Kazuhiro Nakata eds. Yuichiro Koizumi et al.
    • 総ページ数
      183
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9811579091
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科マテリアル生産科学専攻 材料設計・プロセス工学領域(小泉研究室)Webページ

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/msp3/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 材料設計・プロセス工学領域 小泉研究室

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/msp3/

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 材料エネルギー理工学講座材料設計・プロセス工学領域

    • URL

      http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/msp3/MSP3-HomeJ.htm

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-07-04   更新日: 2023-01-30  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi