3Dプリント温度が銅金属ポリ乳酸複合材料に与える影響

出典：中国教育設備ネットワーク

論文「印刷温度が銅金属ポリ乳酸の機械的特性に与える影響」では、研究者らが金属ポリ乳酸に関する調査結果を概説しています。著者らは銅金属 PLA と 15% 銅金属粉末を使用して実験を行い、純粋な PLA と比較したところ、機械的特性に違いがあることに気付きました。印刷温度は180℃から230℃まで5℃刻みで設定され、研究用に立方体サンプルが3Dプリントされました。

金属充填フィラメントは重い材料から作られているため、他の多くの材料よりも密度が高く、「重い」感じがして、金属のような仕上がりになっています。多くの粉末をフィラメントに添加して複合材料を形成し、機械的特性を向上させることができます。金属PLAは加工がはるかに容易で、実際、この複合材料を自宅で100分の1のコストで作れると研究者らは指摘している。

しかし、金属 3D プリントには、特に最高 1,400 度に達する極端な温度を考慮すると、まだ未知の領域が数多くあります。この量の熱を生成できるハードウェアのほとんどは高価ですが、印刷パラメータについては「未検証の理論」がまだ数多く存在します。

「温度変化が化合物の金属とPLAの比率によって影響を受けると仮定すると、金属PLAを印刷するための最適な設定を決定できます」と研究者らは述べています。

これまでの研究では金属粉末が金属 PLA の印刷温度を下げることが実証されていますが、この研究では金属粉末の量を変えて機械的特性と引張強度を調査しました。サンプルは、充填密度 50%、ノズルサイズ 1.0、印刷速度 45 mm/s で構成されていました。印刷温度ごとに 5 つのサンプルが作成されました。

「エネルギー分散型X線分光法（EDX）による特性評価のために、銅金属PLAと純粋PLAのサンプルを22×10×10mmの寸法の直方体形状に印刷した」と研究者らは述べた。

サンプルを評価して、銅がポリ乳酸とどれだけ効果的に混合されているかを確認しました。サンプルを調べているうちに、科学者たちは銅-PLAフィラメントスプールのサンプルが「よく混合されている」ことに気づいた。しかし、一部のサンプルでは、そのような凝集物がノズルの直径に影響を及ぼす可能性があるため、詰まりの可能性があることが警告されました。

サンプルの画像の 4 分の 1 のみに凝集体の存在が示されたため、銅 PLA フィラメントスプールの品質は良好であると判断されました。

チームは、引張強度が増加すると適切な印刷温度が上昇し、温度が上昇すると同じ特性が最小レベルまで低下することに気づきました。

「215℃と230℃の金属PLAの性能差は小さいため、金属PLAの最適印刷温度は215℃です。経済的観点から見ると、金属PLAのコストは通常のPLAよりも高くなりますが、最適印刷温度である215℃で印刷すると、金属PLAの見返りとして、構造重量が大きく、材料収縮が少なく、引張強度が高くなるというメリットがあります」と研究者らは結論付けています。

「印刷温度を上げると引張強度は増しますが、全体的な印刷コストも増加します。3D プリンターは印刷中ずっと稼働しているため、印刷温度が高くなると、電気使用量も増加します。」

3D プリンティングと積層造形プロセスが進歩し続ける中、研究者たちは FDM 3D プリンティングの改良から形状記憶ポリマーや炭素複合材の作成まで、機械的特性の完成に熱心に取り組んでいます。

3Dプリント温度が銅金属ポリ乳酸複合材料に与える影響

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