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[解析事例]
3Dプリンタ成形品の破壊予測とデザイン最適化

事例カテゴリ
  • 構造解析
使用モジュール
  • Digimat-MX、Digimat-FE、Digimat-RP、Digimat-MAP、Digimat-CAE
事例提供
  • Solvay

製品の軽量化に成功

材料の節約や印刷時間短縮のためインフィルのパターンや充填率の調整が行われますが、強度に影響を及ぼします。この事例では 3Dプリンタ（FFF方式）成形品のツールパスを考慮し、さらにインフィルの充填率を変化させた場合の破壊挙動について評価を行いました。

本事例では PEEK 材を用いています。あらかじめ PEEK のベースの材料物性は試験片の引張試験結果に合うようにパラメータ同定をしておきます。インフィル 30% の時の材料物性は Digimat-FE により基本の格子構造のモデリングを行い、FEM を実施することで求めることができました（図1）。さらに、求められた材料物性を用いてツールパスを考慮し製品に荷重与え強度解析を行ったところ、実際の試験と強度解析の結果はよく一致しました（図2）。

図1. Digimat-FE を用いたインフィル（30%）の物性予測とツールパスのマッピング結果（青：充填率100%、赤：充填率30%） 図1. Digimat-FE を用いたインフィル（30%）の物性予測とツールパスのマッピング結果
（青：充填率100%、赤：充填率30%）

図2. 強度試験結果 図2. 強度試験結果

次に、3Dプリンタでは制限がなく自由にデザインを決めることができるため、最適化ソフトと連携し、ひずみエネルギー最小、体積が最小となる製品形状を求めました（図3）。
最適化により、元の形状に比べて 17% の重量削減ができ、さらに成形時間を短縮することができました。

図3. 最適化の条件と、最終形状および強度試験結果 図3. 最適化の条件と、最終形状および強度試験結果

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材料設計
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