■ 連続繊維を用いた複合材3Dプリント技術の開発

炭素繊維などの細い糸を樹脂と同時にノズル内で混ぜながら押し出す「ノズル内含浸法」という仕組みを用いて， 金型を使わずに強くて軽い複合材料を3Dプリントする方法を開発しています． 炭素繊維や植物由来のジュート繊維を使った試作では，通常の樹脂だけの材料よりも強度や剛性が大きく向上することを確認しました．

さらに，印刷中の繊維の「引っ張る力（張力）」をうまく利用することで， 内部が空洞になった軽量なサンドイッチ構造を支え材なしで成形できるようになりました． これらの研究は，より自由な形状で高性能な複合材料部品を製作するための3Dプリント技術につながっています．

• Matsuzaki R, Ueda M, Namiki M, Jeong T-K, Asahara H, Horiguchi K, et al. Three-dimensional printing of continuous-fiber composites by in-nozzle impregnation . Sci Rep 2016;6:23058.
• Sugiyama K, Matsuzaki R, Ueda M, Todoroki A, Hirano Y. 3D printing of composite sandwich structures using continuous carbon fiber and fiber tension . Compos Part A Appl Sci Manuf 2018;113:114-21.

■ 可変繊維体積分率による高効率な構造設計

荷重のかかり方（主応力方向）に合わせて，繊維の通る経路と密度を最適化した「可変繊維体積分率・剛性複合材（VVfSC）」を， 連続繊維を用いた3Dプリンターで成形しました． ボルトで固定する構造の強度試験を行ったところ，従来の直線的な積層材に比べて，剛性が最大で約9倍， 単位重量当たりの強度が約1.6倍に向上しました． 応力が集中する部分に繊維を密に配置することで，軽くて強い構造を効率よく設計できることを示しています．

• Sugiyama K, Matsuzaki R, Malakhov AV, Polilov AN, Ueda M, Todoroki A, et al. 3D printing of optimized composites with variable fiber volume fraction and stiffness using continuous fiber . Compos Sci Technol 2020;186:107905.

■ 曲率と繊維束径が印刷精度に与える影響の解析

連続炭素繊維を用いた3Dプリンターで，カーブを描いて印刷する際の精度について調べました． 設定した曲率や繊維束の太さが，実際の印刷形状にどのような影響を与えるかを体系的に評価しています． その結果，カーブが急な場合や繊維束が太い場合には，印刷された半径が設定値より小さくなる傾向があることを確認しました． この現象を説明するために「ねじれモデル」と「経路差モデル」を提案し， 曲線形状を設計する際に，成形できる限界や誤差を事前に予測できるようにしました．

• Matsuzaki R, Nakamura T, Sugiyama K, Ueda M, Todoroki A, Hirano Y, et al. Effects of Set Curvature and Fiber Bundle Size on the Printed Radius of Curvature by a Continuous Carbon Fiber Composite 3D Printer . Additive Manufacturing 2018;24:93-102.