ラティス構造の均質化

はじめに

積層造形(3Dプリンタ)を用いた製造技術が発展し、これまでは作成することのできなかった最適かつ複雑な形状が製造できるようになりました。その中でラティス形状は積層造形物の補助材や軽量化を目的として使用されています。また、それ以外にも形状により材料挙動を制御可能であるという特徴も有しており、生体適合性の観点から材料の代替の利かない医療分野などをはじめ、多くの分野に使用されています。ラティス形状には様々な種類があり、種類によって変形挙動が異なります。均質化解析ツールMultiscale.Simでは、ラティス形状のモデリング機能を有し、これらラティス形状の等価物性値の取得が可能です。そこで様々な形状のラティス形状がどのような挙動を示すのかを均質化解析を用いて確認します。

解析の目的と概要

Multiscale.Simのモデリングテンプレート機能を用いてラティス形状のユニットセルを作成します。ここでは図1に示す6種類のラティス形状を解析対象とします。各ユニットセルのX、Y、Z方向1辺を10mmとし、構造部分が占める体積含有率を30％に統一してモデリングしています。つまり、ラティスを用いない均質材料と比較して70%の軽量化を実施していることになります。以降では図1に示すように各モデルをモデルA～Fと記載します。モデルA～Cは各方向に対称形状ですが、D～FはZ方向には異なった形状を持っています。このため、D～FはX、Y方向とZ方向で材料の剛性が異なることが予測できます。

図1.　ユニットセルの形状と名称