機械の研究 2025年9月1日発売 第77巻 第9号

説明

巻頭記事
傾斜密度ラティス構造を用いたプレス金型の圧力分布変動の抑制

近年では、付加造形技術や積層造形技術の進歩にともない、その工業分野への導入が急速に進んでいる。積層造形は、従来の鋳造、鍛造、切削加工では実現が難しかった複雑な形状を一体的に製造することが可能であり、金型制作の期間短縮や材料コスト削減の観点からその有効性が報告されている。さらに、設計最適化との組み合わせにより、部材単体で高い機能性を発揮できるため、「Designfor Additive Manufacturing（DfAM）」の概念が注目され、市場の拡大が進んでいる。

DfAMにおける有効なアプローチの1つとして、微細な格子を構造内部に適切に配置したラティス構造を活用することで、意図した機能を定量的に引き出す研究が報告されている。しかしながら、ラティス構造の詳細な設計を直接計算する場合、膨大な計算コストが必要となる点が課題である。

その解決策として、均質化法を用いてラティス構造を実効的物性値で置き換え、随伴変数法による感度計算と勾配法による最適化を組み合わせる手法が提案されている。このアプローチでは、ラティス構造を構造全体で最適化し、傾斜機能ラティス密度分布を実現できるとされている。

プレス金型において、ラティス構造は材料の制約を受けることなく、接触圧力の分布を低減する新たなアプローチとなり得ると考えられる。本記事では、筆者らが取り組んだ、プレス金型における表面形状の違いに起因する接触圧力の分布を、ラティス密度分布最適化と積層造形技術を組み合わせることで低減した研究について紹介する。具体的には、金型内部にラティス構造を導入し、その分布を傾斜機能ラティス密度分布最適化手法によって調整することで、金型内部の剛性分布を最適化し、プレス時に発生する接触圧力分布の低減効果を検証した内容を詳述する。

AGC株式会社 技術本部 先端基盤研究所
柳原一貴

早稲田大学早 理工学術院 基幹理工学部 機械科学・航空宇宙学科 教授
竹澤晃弘