3Dプリントで作られた新しい反射繊維

出典: 広西付加製造協会

「3Dプリント反射繊維の製造と測定」では、積層造形プロセス用の新材料の研究に取り組んでいます。著者らは、新しい再帰反射繊維を使用して、これまで聞いたことのない複雑な（非円形、非凸型）断面を持ち、光学的に散乱する特性も持つ材料の組み合わせを提案している。新しい繊維は層ごとに構築されますが、その後は繊維として使用できます。

複雑な繊維を作成するために熱延伸が再び普及するにつれ、研究者はポリマー、金属、エラストマーなどを使用しています。この研究プロジェクトでは、光を再帰反射する 3D プリントされたプリフォームを作成しました。著者の説明によると、「反射角は入射角の負の角度です」。プリフォームはポリマーと金属でできており、繊維が光を再帰反射する要素として機能します。

a) 5 つのインジウムリボンチャネルを備えた 3D プリントされたポリカーボネート (PC) プリフォームの上面図。プリフォームの外側の断面は、湾曲した蛇行形状で構成されています。 b) 同じプリフォームの側面図。 c) 顕微鏡下でエポキシ樹脂を通して伸ばした繊維（透過光画像）。 d) 同じサンプルですが、光を反射しています。 c と d の両方の画像は同じことを表しています。「反射面上のガラスビーズは、反射面のよく知られた例です」と研究者は述べています。「再帰反射を最大限にするには、ポリマーの屈折率を 1.9 に近づける必要があります。この屈折率では、円柱または球体は光を光軸と背面の交点に屈折させます。」

プリフォームは、充填量を最高設定にして Stratasys Fortus 450MC プリンターで 3D プリントされました。充填量を増やす試みは失敗しました。インジウムの問題は、PC よりもはるかに密度が高いことであり、プリフォームは変形に耐える必要がありました。

「したがって、液体インジウムからの外向きの静水圧に対抗して断面を維持し、インジウムがドロー炉内で凝集（固化）するのを防ぐために、複数の同心円状の経路をたどる印刷経路を使用する必要があります」と研究者らは述べています。

3D プリントされたプリフォームの断面の進化: 1) 外側のリングと内側の PC コアを接続する 2 つのブリッジ、2) 外側のリングを補強する 5 つのブリッジ、3) 2 と似ていますが、チャネルの容積を減らしてインジウムの容積と伸張中の外向きの圧力を減らしています。4) 3 と似ていますが、さらに補強するためにブリッジが厚くなっています。
「品質係数として、単一のファイバーによって再帰反射される光の量を、白色反射標準によって反射される光の量と比較して計算します。次に、両方を遮断された領域でスケーリングします。これにより、再スケーリングされた相対再帰反射率 (RRR) が得られます」と研究者は結論付けました。

a) 反射のレイトレーシングを図解します。 b) RRRと外部屈折率の比較赤い線は私たちの繊維を表しています (n = 1.58、RRR = 260)。ピーク RRR 値は、屈折率が 1.9 を超えたときに発生します。「複雑な断面のプリフォームは積層造形法で容易に実現可能であり、将来的には複数の材料の追加を検討する予定です。」3D プリントにおける材料研究は、特に連続繊維からフィラメントポリマー、亜麻バイオ複合材料、その他数え切れないほどの複合材料において、ますます高度化しています。

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