| 研究課題/領域番号 |
20K04227
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18030:設計工学関連
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| 研究機関 | 明治大学 |
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研究代表者 |
舘野 寿丈 明治大学, 理工学部, 専任教授 (30236559)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | アディティブマニュファクチャリング / 曲面積層 / 連続繊維 / セルロースナノファイバー / 生分解性 / 双腕ロボットアーム / 造形パス / セルロースファイバー / ロボット積層造形 / 積層造形 / 繊維配置 / 位相モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
セルロースナノファイバー(CNF)は紙や木材をナノサイズにまで細かくした繊維であり、強度が高く軽量で、しかも自然に優しい素材であることから、次世代の材料として注目を集めている。そこで申請者らは、CNF材料を糸状の連続繊維にして積層造形する方法を考案し、製作に成功した。しかし強度が繊維の向きによって大きく異なるので、強度設計法の確立が急務である。本研究では、強度が得やすくなるよう、物体を包み込むように繊維を配置する曲面積層法を採用した上で、目的の強度に見合う繊維配置設計法を構築する。さらに、計画された配置方法に従って６軸ロボットで物体を製作し、実際に強度評価を行って設計法の有効性を検証する。
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| 研究成果の概要 |
生分解性を有するセルロースナノファイバー（Cellulose Nano-Fiber, CNF）材料を機械部品に実用するための製作方法として、連続繊維と樹脂との複合材料を積層造形する方法に着目し、この製作方法に適する連続繊維配置設計法を確立するともに、製作システムを開発して製作物を評価した。連続繊維配置設計法の研究では、形状モデルをスライスする方法とコンピュテーショナルデザインを用いる方法それぞれでアルゴリズムを考案した。製作システムについては、ロボットアームを用いた多軸装置による曲面積層造形を実現した。さらに、CNF連続繊維とポリ乳酸による複合材料の開発およびこの材料を用いた製作も実現した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
積層造形（Additive Manufacturing, AM）は従来の加工方法では実現できない形状での設計を可能にすることから革新的な製品やサービスのキーテクノロジーとして大きな期待がされている。その一つに軽量設計など少ない材料による設計を可能にすることがあり、環境負荷を減らす製品設計が期待されている。本研究では、生分解性材料を有し、高強度なCNF材料用いたAMの技術開発を行った。これは従来にない程度に生分解性材料で高強度に自由な形状を実現するAM技術として学術的に意義あり、また環境負荷軽減の設計推進に寄与することから、社会的にも大きな意義がある。
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