Quality assurance by systematized modeling of uncertainties and stochastic prediction of fatigue life for 3D printing

通过系统化的不确定性建模和 3D 打印疲劳寿命的随机预测来保证质量

基本信息

批准号：
20H02034
负责人：
高野直樹
金额：
$ 11.65万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

１．歯科補綴物（クラスプ）の疲労寿命：　計画的に試験本数を増やし、標準偏差を取得し、疲労寿命のばらつきを含めた確率的予測手法を開発した。異なる形状をしたクラスプに適用し、妥当性確認にも成功した。人工唾液に2週間浸漬する実験も行ったところ、純チタンでは浸漬の影響は認められなかったが、チタン合金では浸漬による疲労寿命の低下が認められた。破面観察も行い、初期欠陥の影響の考察を含め、疲労挙動を明らかにした。設計段階で疲労寿命をばらつきも含めて予測することが可能となり、品質保証に有用であるとの結論を得た。２．幾何的精度に関する研究：（１）円孔の造形不良について、積層角度依存性を調査した結果、粉末でセルフサポートされた円孔の場合、材料の密度が高い方が円孔のゆがみは少ないことを見出した。円孔径、平板の寸法、複数の円孔の配置の影響についても調査し、提案した円孔のゆがみを記述するパラメータの有効性を確認した。積層角度をパラメータとして内挿補間が可能な計測データベースを用いた確率的FEAを実施した結果、未経験の造形角度であっても、造形前に力学的挙動を予測・評価することが可能となり、造形品の品質保証に有用であるとの結論を得た。（２）クラスプの幾何的精度を調査すべく、造形姿勢とサポートを変えた3種類のクラスプのマイクロCT撮像と分析を行った。幾何的精度を定量的に議論できるよう、計測方法を考案した。３．チタン合金積層造形用のサポート内ミクロ構造の等価物性値の解析：　サポートの密度を決定するミクロ構造のスペーシングをストラット幅で除した正規化された設計パラメータに対する等価なヤング率、横弾性係数、熱伝導率の予測に成功した。造形不良の発生頻度が同じであれば、発生位置は等価物性値に影響を及ぼさないことがわかった。これにより、造形プロセスシミュレーションに有用な情報を提供することができた。

1.假牙（卡环）的疲劳寿命：我们系统地增加了测试次数，获得了标准差，并开发了一种包含疲劳寿命变化的概率预测方法。该方法成功应用于不同形状的卡扣，验证了其有效性。当我们进行将材料浸入人工唾液中两周的实验时，纯钛没有观察到浸入的影响，但钛合金却观察到因浸入而导致疲劳寿命下降。我们还观察了断裂表面并阐明了疲劳行为，包括考虑初始缺陷的影响。在设计阶段预测疲劳寿命（包括变化）已经成为可能，并且得出的结论是这对于质量保证很有用。 2.几何精度研究：（1）通过研究圆孔成形缺陷的堆积角度依赖性，发现在粉末自支撑圆孔的情况下，材料的密度越高，成形缺陷越少。我发现了圆孔的变形。还研究了孔径、板尺寸和多个孔的排列的影响，并证实了所提出的参数描述孔变形的有效性。由于使用允许使用堆叠角度作为参数进行插值的测量数据库实施概率有限元分析，现在可以在打印之前预测和评估机械行为，即使是在不熟悉的打印角度下，也可以预测和评估打印角度。结论是该方法对于保证产品的质量很有用。 (2)为了考察卡扣的几何精度，我们对三种不同塑形姿势和支撑的卡扣进行了显微CT成像和分析。我们设计了一种测量方法来定量讨论几何精度。 3.分析钛合金增材制造支架内微观结构的等效物理性能：等效杨氏模量、横向弹性模量，我们成功预测了导热率。结果发现，如果成型缺陷出现的频率相同，则出现的位置不会影响等效的物理性能值。这使得为建模过程模拟提供有用的信息成为可能。