樹脂3Dプリンターのプロセスシミュレーション

摘要

従来の成型法よりも自由な形状を金型不要で成型できる技術として、樹脂3D プリンターに大きな期待を寄せられている。その利用内容も、従来のRP（Rapid prototyping）からRM（Rapid manufacturing）に発展していくと予想されている。熱溶解積層法（FFF）やレーザー焼結法（SLS）といった造形法では材料としてエンジニアリングプラスチックを利用でき、非常に有望ではあるが、RM としての利用のためにはいくつかの課題がある。一つには、比較的反りが大きい造形法であるということで、反りを減らすための対策、もしくは反りを考慮した見込み形状の作成が必要となる。また他の問題として、造形中に空隙や残留応力が生じ、射出成型などで成形された製品と比べると、強度や剛性が低下する場合があることである。これらは造形時のプリント方向やプリンターの設定条件などによってある程度の改善が見込める場合もある。しかし、実際に造形・試験を繰り返すことでそれらを最適化するのは多くの時間、コストがかかってしまう。そこで、このような問題を解決する手段として、シミュレーションによる造形条件の最適化を提案する。解析によって反り、残留応力を計算し、プリント方向等を変化させた場合の影響を予測することで、実機での造形を行う前に、予め造形プロセスを最適化することができる。本報告では、そのための計算手法と実際の適用事例を紹介し、樹脂 3D プリンターにおけるプロセスシミュレーションの有効性を示す。