カーボンファイバー/PEEK複合材料の3Dプリントにおいて重要な進歩がありました。

出典: 材料科学と工学

最近、中国科学院宇宙応用工学技術センターの研究チームは、INTAMSYSの高性能材料3DプリンターFUNMAT HTを使用して、独自に開発した炭素繊維PEEK複合材料の3Dプリントプロセスに関する体系的な研究を行い、重要な科学研究の進歩を遂げました。関連する結果は、国際的に有名な学術誌「Polymers」に「FDMによる直交構造配向におけるCF/PEEKの曲げ特性と破壊挙動：微細構造とメカニズム」というタイトルで掲載されました。博士課程の学生Li Qiushiが第一著者であり、研究助手Zhao Weiと研究員Wang Gongが研究論文の責任著者です。

論文リンク: https://doi.org/10.3390/polym11040656

図1. 炭素繊維PEEK 3Dプリント材料の準備と印刷プロセス

ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）は、高強度、耐高温性、耐化学腐食性などの特性を持つ熱可塑性ポリマーで、3Dプリント業界に大きな影響を与えています。現在、ポリエーテルエーテルケトンは、3Dプリント衛星、3Dプリント自動車部品、人体インプラントの製造に使用されており、将来的には他の分野でも使用される可能性があります。 PEEK 3D 印刷技術では、ほとんどの非金属材料と同様に、FDM プロセスで製造された印刷部品の Z 方向の層間結合力は、X 方向と Y 方向の層間結合力よりもはるかに低く、これがその適用を制限する重要な要因の 1 つであると考えられています。

趙偉、李秋実らの研究者は、炭素繊維をフィラメントに混ぜ、元珠インテリジェントFUNMAT HTマシンを使用して、垂直印刷方向が炭素繊維ポリエーテルエーテルケトン3Dプリント部品の曲げ性能に与える影響を研究しました。垂直に印刷された曲げスプラインは、曲げ強度が146 MPaで、優れた機械的特性を持っています。さらに重要なのは、従来の射出成形部品とほぼ同じ曲げ強度を持っていることです。

表 3D 印刷パラメータ

名前	印刷パラメータ
プリントヘッド直径	0.4mm
プリントヘッド温度	400℃
キャビティ温度	90℃
印刷版温度	160℃
印刷速度	15mm/秒
印刷層の厚さ	0.1mm
塗りつぶし角度	45°/-45°
プリントヘッドと底板間の距離	0.08mm

図2. 炭素繊維ドーピングと垂直印刷の曲げ性能の比較

著者らは、炭素繊維の導入により、印刷部品の剛性が向上するだけでなく、結晶化度も均一になることを発見した。同時に、炭素繊維の導入と印刷方向が印刷部品の微細構造構成と印刷部品の応力破壊モードに与える影響を分析し、これらはすべて大型部品の製造に役立つものである。同時に、INTAMSYS 3D プリンターを使用して印刷方向と印刷パラメータを変更することで、印刷された部品は優れた機械的特性を持つだけでなく、より滑らかな表面を持つことも確認できます。

要約すると、本研究では、さまざまな応力条件を満たす PEEK プリントを作成するための汎用的な方法を提案しました。この方法は、大規模なプリントを作成するための新しいアイデアを提供します。INTAMSYS 3D プリンターと INTAMSUITE ソフトウェアを使用して、他のドーピング成分、印刷方向、微細構造を調整することにより、PEEK 炭素繊維材料はより強力な空間適応性とより多くの機能性を備えています。作成された PEEK プリントは、耐高温工業部品、自動車、航空宇宙などの分野でさらに応用されることが期待されています。

出典: 材料科学と工学