３Dプリンタ造形における製品内部設計手法の提案とCAD開発

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K04228
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18030:設計工学関連
• 研究機関: 長野県工科短期大学校 (2023); 新潟工科大学 (2020-2022)
• 研究代表者: 小林 義和 長野県工科短期大学校, 技術研究開発機構, 教授 (60277390)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 3Dプリンタ / CAD/CAM / 内部設計

研究成果の概要

内部形状を設計する目的で、形状内部をボクセルで定義するCADを開発した。そこでは、解像度と充填率という２つのパラメータでボクセルの状態を変化させる。そして、解像度と充填率を変えた内部形状が異なる試料片を製作し、曲げ試験を行った。その結果、内部形状により曲げ強さが変化し、破断する箇所も変化することがわかった。
また、試料片を製作する際のアルゴリズムを応用し３Dプリンタで製作可能な３Dパズルソフトを開発した。このソフトはSTLフォーマットの立体形状をボクセルで構成された複数のパズルのピースデータを作成する。

自由記述の分野

生産システム工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

機械部品は主に切削や研削による機械加工により作られており、形状寸法や表面性状を設計値として与えてきた。これは、機械部品の外見を定義し、部品の内部は均一な材料で満たされたものとして扱われてきたと言える。近年、３Dプリンタの性能向上により機械部品に３Dプリンタで作られたものが使われ始めている。３Dプリンタの特徴の一つとして、部品内部を格子状など任意の形状にして作製できることである。これは、部品の軽量化およびコストの軽減につながるが、機械強度の低下が懸念される。したがって、内部を自由に設計するツールがあれば軽量で強い部品製作に繋がると考えられる。