積層溶融型3Dプリント複合材の粒子法を用いた成形シミュレーション

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2022年度は３次元のMPS法を用いて3Dプリントの融合状態をシミュレーションする予定であった．しかし，３次元で計算を実施すると，非ニュートン流体の粘性計算において，陰解法の粘性項の計算が収束しにくい事態が発生し，１例の計算に数カ月を有することが明らかになった．このため，２次元のMPS法の解析を用いてパス融合時のパス間のボイド発生メカニズムの解析を実施し，それと並行して３D解析の収束遅延の原因調査を実施した．３D解析には時間がかかるため，数回しか実施できなかったが，既存パスが完全な個体のままの壁粒子であると，時間はかかるが解析が可能であり，既存パスが固体から液体になる複合材粒子であると粘性項の陰解法計算が収束しないことが判明した。これは，粘性の陰解法計算において，低温の固体粒子の影響で指数関数的に急変する粘性の影響を受けているためと判断された．そのため，いったん３D解析を中断し，最終年度に修正を行うこととした．また，２次元のシミュレーションでは，既存パスに隣接して印刷するパス融合時に，押し出されてくる固体フィラメントにかかる圧力の計算を実施した．液体の粒子が固体粒子によって流れが阻害されると，このパス融合時に液体部分の圧力上昇が発生してフィラメントに高い反力を与えていることが明らかになった．このために，フィラメント送り機構で滑りが発生することがか確認された．フィラメント送りの滑りの影響を入れて解析すると，現実のパス間ボイドと同様のボイドが形成されるとことが明らかになった．