東北大学 研究3Dプリンティングで炭素繊維強化プラスチックとチタン合金の接着剤不要な直接接合に成功
─軽量化を進める航空機や自動車材料などへの適用拡大に期待─
【産学連携対象 全学共通分野 Discovery Saga】
【持続可能な開発目標（SDGs）】
【Sagaキーワード】
耐熱性/樹脂/切削/ボトムアップ/持続可能/炭素繊維/3Dプリンティング/持続可能な開発/チタン/CFRP/チタン合金/はく離/プラスチック/リサイクル/環境負荷/軽量化/航空機/自動車/新エネルギー/積層造形/繊維強化プラスチック/炭素繊維強化プラスチック/複合材/複合材料/可塑性
2025年2月21日 11:00 |プレスリリース・研究成果
研究者情報
〇大学院工学研究科 ファインメカニクス専攻准教授 白須 圭一
研究室ウェブサイト
発表のポイント
発表概要
航空宇宙産業や自動車産業を中心に、環境負荷の低減や生産効率の向上を目的としてアディティブマニュファクチャリング（AM）の活用が進んでいます。特に、構造部材の軽量化を実現しAMの付加価値を高めるには、3D積層造形技術を利用した炭素繊維強化プラスチック（CFRP）と金属とのマルチマテリアル化（注3）が重要な課題となります。東北大学大学院工学研究科の白須圭一准教授らの研究グループは、従来必要とされていた接着層を要さず、3Dプリンタの印刷ベッドに搭載したホットプレートを活用することで、熱融着による金属基板とCFRPの強固な直接接合を実現しました。本技術により、接着剤を使用せずに強固な接合が可能となり、製造コストの削減や環境負荷の低減が期待されます。
本研究は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の官民による若手研究者発掘支援事業「データ科学を活用したマルチマテリアル・アディティブマニュファクチャリング技術開発」の成果であり、2025年2月5日に専門誌Advanced Engineering Materialsに掲載されました。
図1. 実験結果の概要：(a) ホットプレートを組み込んだ3Dプリンタを用いたチタン合金基板上への短繊維CFRPの積層。(b) チタン合金基板上に融着・積層したフック形状構造物の耐荷重試験の様子。CFRP/チタン合金基板間のはく離は起こらず、フック部の根元で破断していることから、強固な接合が実現されていることが確認できる。(c) 短繊維CFRP（融着層）の上に積層した連続繊維CFRP。
用語解説
注1. 炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastic: CFRP）：強化材としての炭素繊維と、母材となる樹脂から構成される複合材料で、軽量でありながら高い剛性と強度を発揮する。母材樹脂の種類によって、熱硬化性CFRP（化学反応により一度硬化すると再加工ができず、優れた耐熱性や耐薬品性を有する）と、熱可塑性CFRP（加熱することで樹脂が軟化し再成形が可能なため、加工性に優れ、リサイクルや再利用がしやすい）に大別されるが、本研究では熱可塑性CFRPを3D造形した。注2. アディティブマニュファクチャリング（AM）：材料を切削などで除去して部材を製造する従来の方法に対し、材料を積層あるいは付加して製造する方法。3Dプリンタによる造形も含まれる。
注3. マルチマテリアル化：異なる機能や特性を有する材料を適材適所で組み合わることで、部材の高機能化、多機能化を図ること。
論文情報
タイトル：Multimaterial Bonding of Additively Manufactured Carbon Fiber-Reinforced Thermoplastics/64 Titanium著者：Keiichi Shirasu*, Takeru Mizuno and Hironori Tohmyoh
*責任著者：東北大学大学院工学研究科ファインメカニクス専攻 准教授 白須圭一
掲載誌：Advanced Engineering Materials
DOI：10.1002/adem.202402221
詳細（プレスリリース本文）
問い合わせ先
（研究に関すること）東北大学大学院工学研究科ファインメカニクス専攻
准教授 白須 圭一 （しらす けいいち）
TEL: 022-795-4026
Email: keiichi.shirasu.c1*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学大学院工学研究科情報広報室
担当 沼澤みどり
TEL: 022-795-5898
Email: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）
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