2023 年度研究成果報告書

積層溶融型3Dプリント複合材の粒子法を用いた成形シミュレーション

研究課題

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研究課題/領域番号	20K05113
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26030:複合材料および界面関連
研究機関	東京工業大学
研究代表者	轟章東京工業大学, 工学院, 教授 (50211397)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	複合材料 / ３Dプリンタ / 樹脂流動 / 粒子法
研究成果の概要	近年、短炭素繊維で強化された複合材料の 3D プリンティングが機械構造に使用されています。しかしながら、これらの３Dプリントの成形では、成形パス間に大きな空白が含まれる場合があります。これらのボイドの生成プロセスを理解するために、本研究では粒子法（半陰的法によるMPS法）を用いた短炭素繊維強化複合材料の成形プロセスシミュレーションを扱った。新規複合粒子を示し、熱可塑性樹脂の潜熱を考慮した溶融・融合過程のシミュレーションを実現した。得られた結果は実験結果と比較され、優れた一致を示しました。
自由記述の分野	複合材料
研究成果の学術的意義や社会的意義	繊維を含まない熱可塑性樹脂の3Dプリントに関しては，成形温度やノズルスピードなどの条件を変えて強度を評価する研究は数多く実施されている．これらの研究では，溶融フィラメントの密着性に着目した実験的研究が主眼である．複合材3Dプリントシミュレーションに関しては，市販ソフトが有限要素法で残留応力解析を実施している．このソフトでは樹脂溶融は解析せず，ボイド率解析は実験値からの推定になっている．樹脂溶融を含めた3Dプリント複合材のシミュレーションは国内外で行われていない．繊維の体積含有率を実際と同じにする解析は世界初の試みであり，複合材3Dプリントのボイド削減に大きく寄与する．