トロント大学の研究者がSLA 3Dプリントで短繊維複合材をテスト

出典: 3Dプリンティングビジネス情報

3D プリンティングはまだ比較的未知の領域であり、最も手頃な価格で、最も強力で、最も耐久性のある材料とコンポーネントを探しているため、機械的特性に関する疑問は依然として多く残っています。現在、トロント大学の研究者たちは、SLA 3D プリントにおける短繊維複合材料の選択肢を調査しています。彼らの研究結果は、化学工学および応用化学の論文学生である Ignace (Joe) Brada が執筆した「逆ステレオリソグラフィーで製造された短繊維複合材料の機械的分析」に最近掲載されました。

Brada は、多くの 3D プリント部品が機械的特性の欠如により、耐荷重用途には適していないことを認識しました。この問題を改善するために、彼は SLA 印刷用にグラスファイバーとアクリル樹脂を組み合わせました。ブラダは弾性係数を高めることに成功しましたが、他の分野では課題がありました。彼が SLA 3D プリントを選んだのは、頑丈なプロトタイプを作れるという多くの利点があったからです。ただし、タンクを満たすために必要な樹脂の量 (タンクの容量に相当) が面倒になるなど、他の問題もありました。また、部分的に硬化した材料を除去するために樹脂を捨てる必要があるのも不便です。

ステレオリソグラフィーシステムの一般的なセットアップ: 1) クリーナー 2) プロトタイプ 3) 樹脂 4) ビルドプラットフォーム 5) エレベーター 6) 樹脂タンク 7) レーザービーム 8) XY ミラー 9) レンズ 10) UV レーザーアイランドシステムのセットアップ。 (1) プロトタイプ 2) 足場とブラケット 3) 樹脂 4) ビルドプラットフォーム 5) UVレーザーミラー 7) XYスキャンミラー 8) 透明樹脂タンク底 9) 樹脂タンク「より多くの消費者を引き付けるには、設置面積が小さく、基本的な電源電圧要件が低いSLAマシンが最適な選択です」とBrada氏は述べています。

リバース SLA では、システムは下から上へ処理されます。部品はビルドプラットフォーム上に逆さまに配置され、粘着性のある樹脂がないため、サンプルが動かないようにサポート構造を印刷する必要があります。 Form 2 は、スムーズなワークフローを実現する ISLA 3D プリンターの優れた例です。

Formwork は、さまざまな色、機械的特性、用途を提供する樹脂ごとに、さまざまな材料のパイプラインを開発しました。硬質樹脂にはガラス粒子が含まれているが、等方性は維持されるものの、望ましい機械的特性には制限があると著者らは考えている。

「Form 2 は、入手可能な唯一の ISLA プリンターではありません」と著者らは述べています。ただし、他の競合製品 (Nobel シリーズの XYZ Printing、Peopoly Moai、Asigo Pica 2) と比較すると、Form 2 は最高の XY 解像度 (140 メートル) を提供し、消去メカニズムを備えた唯一の Isla プリンターです。

複合材料が SLA 印刷に効果的に使用できるかどうかを調査する場合、その固有の機械的特性に焦点が当てられます。現在、このような材料は航空、医療、スポーツなどの分野の部品の製造に使用されています。「複合材料の特性は、用途に合わせて調整できます」とブラダ氏は述べています。「たとえば、グラスファイバーはガラス繊維に結合した樹脂です。グラスファイバーは、繊維とマトリックス樹脂の両方の特性を示します。成分の量を変えることで、グラスファイバーの機械的特性を特定の用途に合わせて調整できます。繊維の方向と長さも機械的挙動に影響を与えます。」

BRADA は、強度と弾性率が高く、接着性に優れていることから、ガラス短繊維を樹脂強化材として選択しました。さまざまなサイズが用意されており、接着要件に応じてユーザーが適用できます。

「最も重要なのは、ガラス繊維が紫外線レーザー光の強度を妨げないことだ」と著者らは述べている。レーザーは依然として繊維を貫通し、周囲の樹脂を固めることができます。ブラダ氏の目標は、「優れた機械的特性」を備えた 3D プリントサンプルを作成することです。彼は、この研究は斬新であり、これまで短いガラス繊維を使った試みはなかったと考えている。次に、ISA ワークフローにおけるサンプルのパフォーマンスを分析しました。繊維の流れとプリントされた形状に焦点が当てられています。

繊維は樹脂槽にうまく混合できますが、流れの勾配によって繊維の配向が「理想的でない」場合が多いことが Brada によって発見されました。これは、このタイプの 3D 印刷の適用が制限される可能性があることを意味します。「樹脂は最も近い境界に向かって加速し、繊維の配列方向への流れを引き起こします。これは通常、幅広でアスペクト比の高いコンポーネントに発生し、コンポーネントの主軸に沿った試料の弾性係数を大幅に増加させない横方向の繊維配向をもたらします」と Brada 氏は結論付けています。

「ISLA の今後の作業では、流れによる配向を引き続き調査し、樹脂の動きを変えるための新しいアイデアを概念化する必要があります。縦方向に整列した繊維を得るには、チャネルフローが必要です。よりオープンソース機能を備えた ISLA プリンターを使用する方がよい選択肢かもしれません。」

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