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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02034/
• 关键词: 確率的FEMシミュレーション; 不確かさ; 確率的疲労寿命予測; 3D積層造形; 歯科補綴物; チタン合金; 純チタン; 造形不良; 初期欠陥; ポリアミド; アルミ合金; 確率的ＦＥＭシミュレーション; 確率的FEMシミュレーション; 不確かさ; 確率的疲労寿命予測; 3D積層造形; 歯科補綴物; チタン合金; 純チタン; 造形不良; 初期欠陥; ポリアミド; アルミ合金; 確率的ＦＥＭシミュレーション

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。牙齿假体的疲劳寿命（CLASP）：我们开发了一种随机预测方法，该方法包括通过增加计划的测试数量来获得疲劳寿命的变化，从而获得了标准偏差。它被应用于不同形状的扣子，也已成功验证。进行了一项实验，其中浸泡了人造唾液两个星期，尽管在纯钛中未观察到浸入的作用，但在钛合金中，浸入脂肪的疲劳寿命。还进行了断裂表面观察，并澄清了疲劳行为，包括考虑初始缺陷的影响。得出的结论是，可以预测疲劳寿命，包括在设计阶段的变化，对于质量保证很有用。 2。几何精度的研究：（1）由于研究了圆形孔的层压角度依赖性缺陷形状，我们发现，在由粉末自支撑的圆孔的情况下，材料的密度越高，圆孔的失真较小。还研究了孔直径，板尺寸和多个孔的排列的影响，并确认了描述孔失真的拟议参数的有效性。通过使用测量数据库进行随机FEA的结果，该数据库允许使用堆叠角作为参数进行插值，得出的结论是，即使使用缺乏经验的建模角，也可以在塑造之前预测和评估机械行为，并且可用于确保模型的质量。 （2）为了研究扣子的几何准确性，进行了具有不同风格的姿势和支持的三种类型的扣子的微分组成像和分析。设计了测量方法，以允许对几何准确性进行定量讨论。 3。分析微观结构的等效物理特性，以支持钛合金合金添加剂制造：我们成功地预测了等效的Young模量，侧向弹性模量和归一化设计参数的热导率，通过将微观结构的间隔分开，从而确定支撑宽度的支撑宽度的密度。已经发现，如果形状中的缺陷频率相同，则出现位置不会影响等效的物理属性值。这使信息可用于模拟整形过程。