プレスリリース

研究
2024

2024.06.03

金属3Dプリントプロセス中の2次元画像で3次元多孔質構造を予測 ―従来の手法と比較して18倍の時間短縮に成功！―

発表のポイント

◆ 金属3Dプリント中の天面撮像とその画像処理を用いて、3次元多孔質構造の予測に成功しました。

◆ サンプルを造形して3次元構造分析を行うのに比べて18倍の時間短縮に相当します。

◆ レーザの出力や軌跡など多様なプロセスパラメータの条件探索の飛躍的な効率向上につながります。

3Dプリント多孔質構造の2次元画像からの予測イメージ

概要

東京大学大学院工学系研究科の長藤圭介准教授、趙漠居（チョウバクイ）講師、大河原崚大学院生（研究当時）らの研究グループは、SOLIZE株式会社の西来路正彦研究員、吉﨑寛研究員と共同で、金属積層造形プロセスを高速で最適化するためのその場観察の手法を開発しました。

金属積層造形は、従来の加工方法に比べて複雑な構造を造形できる反面、サンプルの造形と評価に時間がかかるため、プロセスパラメータから最適な条件を探索するには勘・コツ・経験に依存してきました。

本研究では、サンプルの造形中の天面を観察することで、内部の3次元構造を予測する方法を開発しました。

本成果は、2024年6月3日（日本時間）に、国際生産工学アカデミー誌「CIRP Annals – Manufacturing Technology」にオンライン掲載されました。

発表内容

〈研究の背景〉

金属3Dプリンティングは、切削加工や型成形加工ではできない複雑な構造を造形できる方法として期待されています。実際に、複雑な冷却流路を有する金型や、骨組織のアンカリング構造を有する人工関節の部品など、応用範囲はますます広がっています。

金属粉を層状に敷き、レーザを操作させ溶融・凝固を選択的に行う、これを繰り返すことで3次元構造を得ます。レーザのパワーやスキャン速度など、パラメータの選択肢の数が膨大でそれを探索するのは人の勘・コツ・経験に頼ってきた部分がありました。

〈研究内容〉

本研究では、多孔質構造の3Dプリンティング試作中のサンプルの天面を1回撮像し画像処理することで、内部の構造を予測する方法を開発しました。3次元構造をX線CTで解析し、空隙率と平均孔径を算出し、その結果に合うような、天面撮像方法と画像処理を行うことで、内部の構造を予測することができます。この方法を用いて、試作サンプルを取りはずすことなく、1回の撮像で内部の構造を予測することができます。25個同時に試作した場合で、X線CT撮像と比較して、18分の1の測定時間で予測することができ、3次元画像を2次元画像から予測する予測確率に相当する決定係数は0.88と高い値を達成できました。SOLIZE株式会社にてサンプル作製および光学顕微鏡撮影、東京大学にてX線CT撮像、両者で予測アルゴリズム開発を行いました。