タイの研究チーム：PLA複合材の製造に適した充填剤

タイのバンコクにあるキングモンクット工科大学トンブリ校の研究者たちは、3Dプリントにおける材料科学の研究を続けています。このテーマは近年拡大しており、特にこの技術が主流に浸透し、研究室だけでなく、さまざまな業界、教育システム、オフィスや家庭で個人レベルでも広く受け入れられるようになったことで、その範囲は広がっています。最近発表された論文「3D プリント用途のポリ乳酸複合材料における充填剤タイプの比較」では、現在の研究の概要が説明されています。

カスタム素材を使用すると、今日のユーザーは、プロトタイプ、部品、医療機器、自宅での DIY プロジェクトなどの設計において、独自の作業で革新を起こす自由度が高まります。 PLA は、植物由来の材料として入手しやすく、手頃な価格で、生分解性があるため、ABS などの他の規格とともに広く使用されています。この研究では、研究者らは PLA に適したさまざまな充填剤を調べ、どの添加剤が部品の脆さを防ぐのに最適かを評価しました。

この研究で評価された充填剤の種類は次のとおりです。

木粉（WF）
タルク（TC）
炭酸カルシウム（CaCO3）
マイクロバルーン（MB）
二酸化ケイ素（SiO2）

サンプルは SolidWorks 2014 で設計され、その後ファイルは Cura 2.6.2 にインポートされました。研究者らは、FDM 3D プリントを使用して、引張試験に使用する物体を作成しました。

Cura 2.6.2 の設定
3D プリントされた引張試験片のサンプルについて、ダンベル型試験片のヤング率、引張強度、破断時の伸びをテストしました。

「3Dプリントされた部品は、製造プロセス中、完全に製造され、形状が安定していることがわかりました」と、著者らは研究論文で述べています。「3Dプリントされた複合材の色と質感は、フィラーの色と物理的特性に応じて変化しました。PLA/TC、PLA/CaCO3、PLA/MB、およびPLA/SiO2複合材は白っぽく滑らかな表面でしたが、PLA/WF複合材は茶色で粗い表面でした。

3Dプリント複合材料の引張特性
PLA複合材料の3Dプリント部品: (a) 純粋PLA、(b) PLA/WF、(c) PLA/TC、(d) PLA/CaCO3、(e) PLA/MB、(f) PLA/SiO2
TCとMBを添加することで、研究者らは脆さを軽減することができた。 PLA/TC 複合材料を使用すると、純粋な PLA や他の複合材料と比較して、伸びと曲げ強度が向上しました。

「3D プリントされた PLA/TC 複合材は、タルクコーティングが亀裂を止め、より大きな力を支えることができるため、純粋な PLA や PLA 複合材よりも伸びと曲げ強度が高くなります。」ガラスマイクロバルーンを充填した PLA は最高の衝撃強度を持ちますが、その理由は最高のメルトフローレートに関係しており、その結果、層間の融合と結合が良好になります。さらに、TC 充填および MB 充填 PLA 複合材料は製造プロセス中に形状が安定しており、製造と靭性は満足のいくものでした。研究者らは結論づけた。

熱特性については、PLA/MB を除き、充填剤を添加すると PLA のビカット軟化点がわずかに低下しました。次に、CNC マシンのツールホルダーでの 3D プリント用ガラスマイクロスフィア充填 PLA の性能に焦点を当てました。次に、フライス加工 CNC マシンのツールホルダーの製造用に、ガラスマイクロバルーンを搭載した PLA 3D プリント部品の摩擦と摩耗特性の研究に焦点を当てました。 ”