FDM方式の3Dプリンタで成形された樹脂の力学特性に及ぼす形状·寸法の影響の評価

摘要

In the present study, the mechanical property of polymer manufactured by FDM type 3D printer is evaluated by the 4-point bending test. The macroscopic response and strain distribution of two specimens with different filament direction were evaluated under bending test with different supporting distances. The relationships between bending load and displacement strongly depended on the filament direction. Averaged bending stiffiiess increased with the supporting distance, especially, when the filament direction was perpendicular to the longitudinal direction of the specimen. The strain distribution was evaluated using DIC. Obtained strain field showed a discontinuous distribution affected by the nlament-layered heterogeneous structure. These results indicate that the non-uniform deformation caused by the microscopic heterogeneity affects to the macroscopic mechanical property in this material.%フィラメントと呼ばれる細線状の樹脂を加熱し，3次元 的に積層させて立体構造を形成する，熱溶解積層法（Fused Deposition Modeling, FDM)方式の3Dプリンタが近年広く 普及している.同方式は，3D CADデータを用いて任意の 立体構造を成形できるため，建築• 土木'機械分野におけ る各種構造の模型製作から医療•教育分野において実用化 が進められている.しかしながら，同方式で成形された構 造は射出成形やプレス成型をはじめとする既存の加工法で 成形されたものと比較すると機械特性が劣るため，構造部 材としての適用にはいまだ課題が多くある.さらに，フィ ラメントが積層した微視構造は，空間全体に樹脂が充満し ているわけではなく，フィラメント間に多くの空隙が存在 し，それが力学特性を大きく左右する.特に，一般的なフ イラメントの直径はサブミリメートルオーダーであり，そ の積層構造として得られる成形品の寸法が小さくなるほど， 微視領域と巨視領域のスケール比が1に近づき，材料の力 学特性における寸法効果が大きく生じることが予測される. 本研究では，FDM方式で成形された樹脂の曲げ試験を実施 し，材料の力学特性に及ぼす積層方向や寸法の影響につい て評価する.