チョップドカーボンファイバーとABSを組み合わせることで、3Dプリント部品に驚くべき結果が生まれます

最近、オーストラリア国防軍士官学校のニューサウスウェールズ大学の著者であるオーウェン・M・カニングス氏は、「アクリロニトリルブタジエンスチレンの降伏強度に対するチョップドカーボンファイバーの影響」と題する論文で、ABS 3D プリントの降伏強度を向上させるためにチョップドカーボンファイバーを追加する問題について議論しました。カーボンファイバーは 3D プリント材料の一般的な強化材ですが、通常は材料全体にわたって連続した繊維の形で提供されます。著者らは、細断された炭素繊維にも同じ効果があるかどうかを調べることを目指した。

カニングス社は、通常の ABS とチョップドカーボンファイバーで強化された ABS の両方のサンプルをテストしました。炭素繊維強化試験片は従来の ABS 試験片よりも変形が大きく、これは CF-ABS 材料の方が延性が高いことを示しています。彼はまた、両材料の 3D プリントされた試験片の降伏応力をテストしました。 3D プリントされた部品の降伏強度は未処理のフィラメントよりも低いため、プリントされた部品内に空隙や欠陥がある可能性があります。

「フィラメントと同様の応力レベルが理想的ですが、それでもカーボンファイバー ABS 部品の強度低下が見られます」とカニングス氏は言います。「0 ～ 90 度の方向では、平均 21.1% の強度低下が見られました。±45° 方向の試験片では、平均 12.9% の強度低下が見られました。」

カニングス氏はフィラメントの製造を担当した会社に連絡を取ろうとしたが、返答はなかった。

「この製品に関するこれまでの研究から、CF粒子のアスペクト比はおよそ1であることが示唆されており、これはどの方向においても全体的な利点が見られなかったことを意味する」と彼は続けた。「これは、アスペクト比が低いため、繊維はどの方向でも引張強度の増加を示さないため、現在のところ、破壊試験モードは役に立たないことを意味します。このことから、ABS の YS を向上できるかどうかは、ABS と CF 間の結合強度が ABS と ABS 間の結合強度よりも高いかどうかにかかっています。著者らは、この分野で実施された研究を見つけることができませんでした。細断粒子を使用するエポキシなどの他のマトリックスは、高粘度で CF 粒子とマトリックス間の結合強度が低くなります。ABS の粘度が高いため、製造を担当する会社は細断 CF での ABS の適切な混合プロセスの使用を考慮しなかった可能性があります。」

これは、ABS と炭素繊維強化 ABS 試験片間の強度の違いに影響を与える主な要因であると考えられます。著者らは、今後の研究では適切なハイブリッドプロセスと炭素繊維の形状の変更に焦点を当てる必要があると考えています。驚くべきことに、通常の ABS から 3D プリントされた部品では、炭素繊維強化 ABS から 3D プリントされた部品と比較して、より高い降伏強度値が達成されました。 ABS に細断された炭素繊維粒子を混入すると、引張強度が 13% ～ 29% 低下しました。原因を突き止めるにはさらなる研究が必要ですが、初期の推定では、炭素繊維粒子と ABS プラスチックの結合が材料の弱化を引き起こしていると考えられます。

多くのオペレーターは、通常のフィラメントよりも優れた性能を発揮することを期待して CF フィラメントを購入します。多くの場合、ほとんどのアプリケーションのほとんどのユーザーにとって、追加コストは単純に価値がないことはすでにわかっています。ほとんどの炭素繊維フィラメントは機能せず、役に立たないものです。これはそれを裏付ける有用な研究です。肯定的な研究結果の中に、否定的な結果もあり、それも良いものであることにも感謝しています。

出典: 3Dプリンティングビジネス情報

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