研究課題
本研究では，指向性エネルギー堆積法を利用し，構造最適化によるメカニズム設計に基づき，金属負熱膨張複合材料を開発する．指向性エネルギー堆積法とは，任意の金属材料をノズルにより上から直接供給し，レーザーで溶融しながら構造を積層していくという手法であり，供給材料が異なる二つのノズルを切り替えながら造形することにより，金属複合材料が一度のプロセスで作成可能である．この技術に関して，海外共同研究者であるAlbert To教授は第一人者であり，研究交流を通じて世界最先端の技術の習得を図る．そして，指向性エネルギー堆積法の利点を活かし，基課題では難しい，大型の部品を対象とした材料を，構造最適化法を活用しつつ検討する．しかし，大型構造においては温度ムラが生じるため，それを考慮した熱膨張の制御を行う必要がある．このような温度ムラに対応するため，適材適所で熱膨張を変化させたいわゆる傾斜機能構造の実現も目指す．本年度は，海外共同研究者の元に滞在し，指向性エネルギー堆積法の原理及び造形プロセスの解析技術について指導を受けながら，構造最適化構築のための基礎情報を収集した．しかし，指向性エネルギー堆積法は精度に難があり，かつ機器の故障で使用できない期間が長かったものであるから，計画の見直しが必要なことがわかった．現在有力な代替手法は，樹脂バインダーの中に金属粉末を含有させて3Dプリンタ用のフィラメント材料を作成し，更に複数ノズルでの造形が可能な3Dプリンタで複合材料を作製し，その後真空炉で焼結させる方法である．この手法は日本ではまだ一般的ではなく，米国滞在をきっかけに情報を得た手法である．本年度はこの代替手法について滞在中に構想を練り，帰国後に設備を整えた後に試作実験を行い，製法として成立することを確認した．
2: おおむね順調に進展している
当初予定していた製法に問題点が見つかったが，それも研究成果とも言える．他方，米国滞在の利点を活かし，代替手法の検討を素早く行えたため，研究計画に影響はない．また，滞在を通じ，新たな研究テーマの着想にも至ったため，国際共同研究の進捗としては問題ないと考える．
今年度検討した代替手法を用いて負熱膨張複合材料の試作実験を進める．米国への長期滞在は終了したが，滞在中に着想した新テーマも含め，引き続き国際共同研究を強化していく．
すべて 2020 2019
すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)
Computational Materials Science
巻: 175 ページ: 109610～109610
doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.109610
Additive Manufacturing
巻: 28 ページ: 285～298
doi.org/10.1016/j.addma.2019.04.004
International Journal of Heat and Mass Transfer
巻: 143 ページ: 118564～118564
doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118564
International Journal of Computational Fluid Dynamics
巻: 34 ページ: 50～60
doi.org/10.1080/10618562.2019.1705968
