| 研究課題/領域番号 |
21K03826
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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 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 |
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研究代表者 |
三木 隆生 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (80806753)
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| 研究分担者 |
山田 崇恭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30598222)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
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| キーワード | トポロジー最適化 / 構造最適化 / 最適設計 / 金属積層造形 / 金属３Dプリンタ / Additive Manufacturing / Design for AM / 有限要素法 / 金属3Dプリンタ / 熱変形 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
製品の性能向上を目指す方法としてトポロジー最適化に基づく構想設計法が注目されている．トポロジー最適化は自由度の高い構造最適化手法であり，得られる構造は複雑形状であることが多い．
金属積層造形はそのような複雑形状の作製ができる革新的な製造技術として期待されているが，材料を積層する際，積層可能な角度の制約や熱変形が生じるため，産業分野への展開は限定的である．
本研究では，製品の性能要件から金属積層造形の製造要件までを考慮した一気通貫型の高速最適設計法を構築する．具体的には，全ての要件を偏微分方程式に基づく連成問題に置き換えることにより，全ての要件を同時に満たす最適解導出法を構築する．
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| 研究成果の概要 |
金属積層造形を活用した高度なものづくりを目的として、金属積層造形の製造性を考慮した高速最適設計法の構築に取り組んだ。具体的には、レーザ粉末床溶融結合方式を対象として、造形時に生じる変形や積層角度の制限を考慮するための数理モデルと制約式を定式化した。そして、これらの制約をトポロジー最適化に組み込むことにより、変形や積層角度などの複数の製造性を同時に考慮可能な最適設計法を構築した。さらには最適化計算における感度解析の高速化手法を構築した。数値実証を通して、本手法で得られた最適構造は閾値角度以下の形状が創成されることなく、造形時に発生する変形を抑制できることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまでのトポロジー最適化は軽量・高剛性などの製品性能のみを考慮した最適設計であるため、力学的な観点では最適であっても製造の観点からは最適ではない形状が得られることが多かった。本事業では金属積層造形における造形時の変形や積層角度を考慮するための数理モデルを新たに定式化し、トポロジー最適化に組み込むことで金属積層造形の製造性を考慮した最適設計法を確立した。これにより、当該分野におけるものづくりの効率化・高付加価値化に大きく貢献することに成功した。
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