3Dプリンタ成形用樹脂 フィラメントとして用いる 新規複合材料の研究 指導教授： 田中 達也 教授 理工学研究科 機械工学専攻 応用材料工学研究室 荒木邦紘 浜辺剛至 Applied Materials Engineering Lab. 研究背景・目的 熱溶解積層方式(FDM)3Dプリンタ <造形方法> Extruder 熱可塑性樹脂 Gear Nozzle 熱で溶融，糸状 一筆書きのように積層 Printing table Filament spool Product 図．FDM方式3Dプリンタの造形プロセス 材料となる 樹脂フィラメントの機能性 目的： 影響大 製品の機能性 高機能性の3Dプリンタ用フィラメントを製造し， 従来の加工方法では作製し得ない製品を提供すること 今年度 二軸押出機によるフィラー添加複合材料フィラメントの作製・調査 3Dプリンタ成形パラメータが成形品の機能に与える影響の調査 Applied Materials Engineering Lab. PLA/MWCNTナノコンポジット 材料 マトリックス：ポリ乳酸(PLA)ペレット(80℃24h乾燥) フィラー：多層カーボンナノチューブ(MWCNT) 0.5 / 1.0 / 2.0 wt% 二軸押出機 [バレル温度180℃, スクリュ回転数150rpm] 試験片 射出成形機 [スクリュ回転数100rpm, 射出圧150MPa, 保圧70MPa, 作製方法 シリンダ温度200℃,保圧時間30sec, 冷却時間60sec] 図．体積抵抗率測定結果 図．PLA/CNT1.0wt% (SEM) 図．PLA/CNT1.0wt% (TEM) MWCNT添加による導電率発現が観測されたが，期待値には及ばず 画像観察の結果，ミクロ分散は良好であるが，マクロ分散は不良であった Applied Materials Engineering Lab. 成形パラメータと成形品強度 材料 成形用装置 市販のPLAフィラメント FDM方式3Dプリンタ SCOOVO X9 プリント条件 主要な成形パラメータ： L8直交表(2水準6因子)に従い作製 表．成形パラメータの６因子 因子1 引張試験結果 因子2 冷却カバーの レイヤーの 因子3 因子4 因子5 因子6 メッシュの 継ぎ目の 試験片の 造形 水準 有無 高さ 良し悪し 補正 密度 速度 +1 有 0.4 きれい 無効 1 初期値 -1 無 0.2 粗い 有効 0.3 半分 成形パラメータによって 約1.5倍 の引張強さ・弾性率の差を確認 分散分析による 有意因子調査 図．引張試験結果 引張強さ・弾性率の双方に関する 有意因子は密度及び造形速度 であった Applied Materials Engineering Lab. 射出・3Dプリンタ成形品強度比較 成形用装置 射出成形機 or FDM方式3Dプリンタ SCOOVO X9 プリント条件 L8直交表(2水準6因子)より得られた最適条件を用いた 引張試験結果 図．射出成形品・3Dプリンタ成形品の引張強度比較結果 射出成形品と比べて，3Dプリンタ成形品は引張強さ・弾性率が減少 パラメータ設定次第で1割ほどの減少に抑えられることを確認 Applied Materials Engineering Lab. 成形方法の違いと強度 材料 市販のABSフィラメント 成形用装置 FDM方式3Dプリンタ SCOOVO X9 作製条件 引張試験結果 作製条件：parallelの 場合においても強度の 向上は見られなかった 強度発現には，樹脂同 士の接着強度の影響が 図．作製条件による引張強度比較結果 大きいと推測される Applied Materials Engineering Lab.
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