2022年度公募
seeds-2510 -
【北海道・東北】
3Dプリンタによる繊維強化複合材料の金属への直接接合
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VISION
ビジョン
短繊維CFRPや連続繊維CFRPを金属基板上に3D造形することによる直接接合を実現したい
USE CASE
最終用途例
環境にやさしい異種材料接合技術
USE CASE 01産業用3Dプリンタ
APPLICATION
連続繊維複合材料の造形にも対応した高剛性3Dプリンタへの応用
剛性の高い連続繊維複合材料も3D造形可能な高剛性3Dプリンタの開発が求められ、これに本研究開発技術を実装することで産業用機器製造への応用が可能になると期待されます。
USE CASE 02輸送機器
APPLICATION
少数で意匠性にも富んだフレキシブルな部材の創製
航空機用ファーストクラスのシートなどの機内アレンジやエアラインの要望に特化した少量生産となる製品の製造や、意匠性のある複雑形状の製品に対する締結部品の削減などが期待されます。
USE CASE 03リサイクル応用
APPLICATION
廃材や残材も活用した資源循環応用
3Dプリンタでは、一度造形した部材を裁断・フィラメント化することで再度部材を造形することが可能です。母材樹脂の溶融・固化過程による劣化挙動を理解することでリサイクル造形品の実用化も期待できます。
STRENGTHS
強み
データ科学を活用した造形条件探索で高接合強度なマルチマテリアル化を効率よく実現する
TECHNOLOGY
テクノロジー
3D造形技術でマルチマテリアル化を目指す
TECHNOLOGY 01
接着剤無しでCFRP/チタン合金の高強度接合
金属3Dプリンタを用いて炭素繊維強化複合材料へ効率的にせん断荷重を伝達できるような円柱状の突起を有する表面構造をチタン基板上に3D造形し、これに複合材料を熱プレスして直接接合することで、現行の接着剤接合と同等以上のせん断接着強度を発現させることに成功しました。本研究は、International Journal of Adhesion and Adhesives誌に掲載されました。本研究開発では、この技術を基に金属表面構造を3D造形した金属基板上に複合材料を3D造形してマルチマテリアル化を実現します。
TECHNOLOGY 02
3D造形した複合材料の力学特性発現機構予測
3D造形時に生じる空隙や母材である熱可塑性樹脂の材料非線形性を考慮した有限要素解析により、複合材料の応力ひずみ応答や層間破壊靭性を予測できます（Journal of Thermoplastic Composite Materials誌に掲載）。また、結合力モデルを用いて熱可塑性CFRPの層間破壊靭性値の解析も行っており（Journal of Composite Materials誌に掲載）、これを利用して接合界面の破壊靭性値も評価することが可能です。
PRESENTATION
共同研究仮説
3D造形を活用して世界をリードする革新的な異種材料接合技術の社会実装を目指す
共同研究仮説01
産業用3Dプリンタ開発
空隙のない連続繊維複合材料の3D造形とマルチマテリアル化
プリンタ製造企業と連携して民生用3Dプリンタでは困難なボイドを含む内部欠陥の低減とフレキシブルなマルチマテリアル造形が可能な産業用3Dプリンタの開発を行います。また、連続繊維複合材料の金属基板上への3D造形や、実用を想定した立体構造の造形の実現を目指します。
共同研究仮説02
サステナブル複合材料の3D造形とマルチマテリアル化
環境調和型材料による造形と特性発現機構の解明
セルロースナノファイバーなどのナノフィラーと生分解性プラスチックをそれぞれ強化材と母材に用いた複合材料を3D造形し、分解性・リサイクル性に富んだサステナブル複合材料を開発します。
EVENT MOVIE
イベント動画
RESEARCHER
研究者
白須圭一
東北大学大学院工学研究科
ファインメカニクス専攻（准教授）
ファインメカニクス専攻（准教授）
経歴
2015年3月 東北大学大学院環境科学研究科
環境科学専攻修了博士（学術）
2012年ー2015年 日本学術振興会特別研究員（DC1）
2015年4月ー2016年6月 東北大学大学院工学研究科 教育研究支援者
2016年7月ー2019年4月 東北大学大学院工学研究科附属
先端材料強度科学研究センター助教
2019年5月ー2019年10月 物質・材料研究機構 特別研究員
2019年11月ー2022年3月 東北大学大学院
工学研究科航空宇宙工学専攻准教授
2022年4月ー現在 東北大学大学院
工学研究科ファインメカニクス専攻准教授
（兼務）東北大学多元物質科学研究所 准教授
researchmap https://researchmap.jp/7000019106
東北大学ソフトマテリアル研究拠点 https://softmaterial.tagen.tohoku.ac.jp/
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