コレクション: 高強度、高弾性率のカーボンファイバー 3D プリント企業 11 社

炭素繊維は、薄片状の黒鉛微結晶などの有機繊維を繊維軸方向に積層し、炭化・黒鉛化処理を施すことで得られる、高強度・高弾性率の新しい繊維材料です。この素材は「外は柔らかく、内は強い」という特徴があり、アルミニウムより軽く、鋼鉄より強く、耐腐食性などの優れた特性も備えています。国防・民生両分野で高い応用価値を持っています。このような優れた特性のため、カーボンファイバーは数年前から 3D プリントの分野に参入しています。 Antarctic Bear 3D Printing の Web サイトには、カーボンファイバー 3D プリントに関する多数の問い合わせが寄せられています。

炭素繊維は金属に匹敵する強度を持ちながら、重量が非常に軽いため、航空宇宙、自動車、鉄道輸送などの重量と強度の比率を考慮する必要がある業界で幅広い応用が期待されています。従来の炭素繊維製造プロセスは非常に複雑で、多くの手作業が必要です。3D 印刷技術の使用により、炭素繊維複合材の製造は間違いなくより便利になり、労働投入量が大幅に削減されます。以下は、炭素繊維 3D 印刷の主流技術です。

1. レーザー焼結技術
材質の特徴: 短繊維強化ナイロン、PEEK、TPU、その他の粉末材料
プロセスの特徴：ショートカットのカーボンファイバーとナイロン素材を一定の割合で混合し、レーザー焼結によって一体化します。

2. マルチジェット溶融技術
材質の特徴: 短繊維強化ナイロン、PEEK、TPU、その他の粉末材料
プロセス特性: ランプによる加熱により、部品の断面が溶剤の作用で十分な熱を集め、溶融と成形を実現します。

3. FDM技術
材質の特徴：長繊維強化PLA、ナイロン、PEEK、その他のワイヤー素材
プロセス特性: FDM 技術は、従来のフィラメントに長い繊維を充填してフィラメントの品質を向上させるために使用されます。

さらに、炭素繊維の織りや敷設など、炭素繊維製造の分野には専門的な技術があります。

炭素繊維材料と 3D プリント技術の組み合わせは、将来の工業製造に破壊的な影響を及ぼす可能性があります。起源をたどるには、まずこの 2 つの独自の利点について話す必要があります。炭素繊維素材は、軽量、高強度、高導電性、高耐腐食性など、他の素材にはない特性を備えています。 3D プリント技術により、迅速な設計反復が可能になり、従来のプロセスでは完成できない複雑な部品を製造できるようになり、設計の自由度が高まります。カーボンファイバー 3D プリントは大きな発展の可能性を秘めていますが、現時点では、この技術が大規模に応用されるまでにはまだまだ長い道のりがあります。設備や資材の高価格と技術的な難しさから、多くの人がやる気をなくしています。
次に、Antarctic Bear はいくつかのカーボンファイバー 3D プリント企業を評価します。

①アレボラボ
Arevo Labsは、カーボンファイバー3Dプリントのハードウェア、ソフトウェア、材料を開発する企業です。カーボンファイバーとカーボンナノチューブで強化された3Dプリントフィラメントを開発し、カーボンファイバーの方向を正確に制御できる世界初のクラウドベースのインテリジェントAMソフトウェアを開発しました。さらに同社は2015年にFDM技術に基づくロボット3Dプリントプラットフォームを開発し、炭素繊維複合材料を使用して超強力な部品を製造できるようになりました。
AREVOは2018年5月にシリーズB資金調達で1,250万米ドル（8,000万人民元）を調達した。 Arevo のテクノロジーは、3D プリント、Web ベースのソフトウェア、カスタム原材料を組み合わせたものです。ロボットアームに搭載された「堆積ヘッド」を使用して、自転車のフレームの3次元形状をカーボンファイバーで印刷します。この技術により、Arevo 社は自転車のフレームをわずか 300 ドルで製造できるようになりました。
アレボは新たな資金を活用して、特に航空宇宙向けの高強度部品を製造するためのソフトウェアと製造プロセスを商業化したいと考えています。ミラーCEOは「航空機の胴体やカーボンファイバー航空機の翼など、ご希望のサイズを印刷できます」と語った。
②マークフォージド
MarkForged は、商業的に最も認知されているカーボンファイバー 3D プリント会社です。同社は 2014 年に、世界初のデスクトップカーボンファイバー 3D プリンター、Mark One を発売しました。このプリンターは、従来のプロセスよりも印刷速度が 90% 向上し、コストが 70% 削減されます。同社の特許取得済み3Dプリント技術は主に独自のデュアルプリントヘッドに依存しており、そのうちの1つはナイロン素材を押し出し、もう1つは専用の強化材料を押し出すと理解されています。 MarkForged は、第 1 世代のデバイスよりもパフォーマンスが向上したアップグレード版の Mark Two をリリースしました。
③エレクトロインパクト
Electroimpact は、航空宇宙製造業界向けの高度ファイバー配置 (AFP) 機器を提供する世界的なプロバイダーです。具体的には、この装置は、最大毎分 2,000 インチの高速で、大型で複雑な部品に複合炭素繊維材料を敷設することができます。この技術は、翼や胴体などの大型航空機部品の製造に利用できます。同社は、航空機製造の要件をさらに満たすために、独自のAFP設備に強化された改良を加え、速度の向上だけでなく材料の適合性も向上させました。エアバスやボーイングなどの大手航空会社が顧客となっていることが分かっています。

大型航空機部品の製造ニーズにさらに応えるため、同社は2016年にさらに強力なAFP設備を再設計し、構築しました。モジュール式で、ロボットアームを備え、プリントヘッドを素早く交換でき、動作軸が長く、材料堆積速度が速く、より多様な材料を使用できます。現在、世界最大の航空機構造サプライヤーの1つであるスピリット・エアロシステムズ社が、この新しい装置を2台購入しています。さらに、エアバス、ボーイング、ボンバルディア、エンブラエルなどの大手企業も同社の顧客である。
アラバマ州にあるNASAのマーシャル宇宙飛行センターは、火星などの有人宇宙船の部品を製造するためにエレクトロインパクト社の3Dプリント装置を購入した。基本的な動作原理は一般的な3Dプリンターと同様で、最大幅8メートル（26フィート）近くの部品を印刷することができ、これは宇宙船の部品サイズの上限にほぼ相当します。重要なポイントは、エレクトロインパクト社が開発した自動ファイバー配置 (AFP) 技術です。最も直接的な効果は、大型部品の印刷速度です。凹凸のある複雑な表面でも、印刷速度は 2000 インチ/分、つまり 50 メートル/分に達します。
④不可能なもの
Possible Objects は、複合炭素繊維 3D 印刷技術 CBAM で知られるアメリカの 3D 印刷会社です。同社は、この技術を使用した最初の 3D プリンター、Model One を発売しました。 Impossible Objects は、カーボンファイバーやグラスファイバーなどの材料を印刷できる革新的なカーボンファイバー 3D 印刷技術 CBAM を発表しました。この技術により、類似製品よりも 10 倍も強度の高い物体を製造できると主張しています。 CBAM 技術の処理中は、炭素繊維層に接着剤をスプレーする必要があり、その後の接着剤を除去する熱処理プロセスも不可欠です。
これにより、同社は再び資金面での優遇を獲得し、Aラウンドの資金調達で640万米ドル（約4,217万人民元）を獲得した。特筆すべきは、前者を含めると、同社がこれまでに受け取った投資総額は900万米ドル（約5,900万人民元）を超えるということだ。

⑤エンビジョンテック
EnvisionTEC は、2016 年半ばに SLCOM 1 産業グレードの複合 3D プリンターを発売しました。この印刷のコア技術は、EnvisionTec の特許取得済み SLCOM (選択的積層複合オブジェクト製造) 技術です。 SLCOM は、ガラス繊維織物、炭素繊維織物、またはその他のタイプの強化アラミド繊維織物の加工に使用でき、ナイロン 6、ナイロン 11、ナイロン 12、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリカーボネートなどの多くの材料で強化できます。航空宇宙、自動車、消費者製品、スポーツ用品、医療などの潜在的な用途に向けた高品質の 3D プリント部品のカスタマイズ。これらの複合材料は、優れた靭性、耐候性、衝撃吸収性、不燃性、高い耐摩耗性、および高い強度対重量比を提供するようにカスタマイズできます。

⑥ストラタシス
2018年8月、アメリカの3Dプリント大手ストラタシスは、手頃な価格のカーボンファイバー入りナイロン12材料専用積層製造システムを正式に発売しました。工業用グレードのFortus 380mcカーボンファイバー3Dプリンターは今年3月に初めて発表され、現在は正式に世界市場に出荷されています。国内価格は53万元（税込み）。

Stratasys は、工具や備品を製造する企業のほか、自動車、レジャースポーツ機器、海洋機器、矯正器具や義肢、防衛、航空宇宙、医療機器、石油・ガスなどの業界が、Fortus 380mc CFE 3D プリンターを最初に採用すると予想しています。

⑦AON3D
ON3D の新しい AON-M2 3D プリンターは、「クラス最高の温度性能」を誇ります。新しい 3D プリンターは、PEEK、Ultem、その他の航空宇宙グレードの熱可塑性プラスチック (カーボンファイバー充填モデルを含む) を、最高 120°C のプリントチャンバー温度で印刷できます。AON3D では、これが第 1 層の接着、部品の反りの低減、層間接着の改善に不可欠であると考えています。プリントヘッドの温度は450℃まで加熱可能です。

サイズに関しては、3D プリンターは 455 x 455 x 635 mm (18 x 18 x 25 インチ) の大きな造形領域を備えており、大きな部品やバッチジョブの印刷に使用できます。最大 XY 速度は 500 mm/s、最大 Z 速度は 100 mm/s、Z 層の高さは 0.05 mm ～ 0.5 mm、理論上の XY 解像度は 0.025 mm です。

⑧ドバテクノロジー 北京ドバテクノロジーは、2016年に家具業界での使用に適したカーボンファイバー3Dプリンターを独自に開発しました。このプリンターは、巨大な特殊形状の家具を印刷することができ、印刷速度（単位時間あたりの出力）は通常のFDMの50倍速く、同じ体積のABS / PLAなどのプラスチックよりも15％軽量で、通常のABS / PLAよりも300％強度があります。
2018年5月、中国鋳造協会第8回会員大会と第14回年次総会が北京で開幕しました。Doba Technologyは展示会で3Dプリントとフライス加工の複合加工センターを展示しました。この設備は主に炭素繊維複合材料とガラス繊維複合材料を印刷できます。価格は約96万元です。木型を作る効率は従来の木型の5～10倍で、コストは50％削減されます。

⑨チコニ
同社は、3Dプリントプロセスに炭素繊維を追加して炭素繊維強化構造を作成するAdditiveCARBONと呼ばれるハイブリッド製造技術を開発しました。カーボンファイバーはロボット支援による 3D 巻き取りプロセスによって敷設され、3D プリントされたベース構造が圧縮荷重として作用し、荷重経路に沿って直接連続的にカーボンファイバー強化を実現します。

このハイブリッド技術により、カーボンファイバー 3D プリント部品の製造コストを削減し、製造時間を短縮できます。さらに、印刷に必要な構築ボリュームも削減されます。全体的に、この技術は「可能な限り軽量である必要があるが、異なる部品を明確に区別する必要がある」医療用補綴物や航空機部品などの製品の製造に非常に適しています。

⑩ フェイボテクノロジー<br /> Feibo Technologyは、高性能繊維強化複合材積層造形（3Dプリント）技術を開発しました。プリントされたCf/PLA複合材料の曲げ強度は390MPaで、従来のPLA部品（48～53MPa）の7倍です。性能はアルミニウム合金と同等ですが、重量は5分の2に軽減されています。

連続繊維強化複合軽量構造は、航空宇宙、高速列車、船舶などの分野で広く使用されています。しかし、従来の製造プロセスでは、それらを統合的に形成することができません。長いサイクルと高コストは、複合軽量構造の適用を制限します。そのため、同社は連続繊維強化複合3Dプリントに基づく複合軽量構造の統合製造プロセスを提案しました。製造された連続アラミド繊維強化PLA複合軽量構造は、繊維体積含有量が11％に達すると17MPaの圧縮抵抗を持ち、従来の方法で製造された波形軽量構造よりも優れています。

⑪デジタル複合材製造の強化

ノースイースタン大学の卒業生によって設立された Fortify は、「複合材の微細構造を最適化」し、「最適化された複合材を簡単に製造できるようにします」。マサチューセッツ州ボストンに拠点を置くこの企業は、磁気とデジタル光処理 (DLP) を組み合わせて複合繊維の配置を正確に管理する独自の Flexprint 技術を開発しました。

Fortify の共同創設者兼事業開発担当副社長である Karlo Delos Reyes 氏は、次のようにコメントしています。「3D プリント事業にとって、今はエキサイティングな時期です。当社は、幅広い用途に対応する差別化された魅力的な技術を持っていると考えており、この展示会に出展して、Formnext コミュニティ全体に Fortify のデジタル複合材製造を紹介できることを嬉しく思います。」

△ Flexprint 航空宇宙向け 3D プリントカーボンファイバー部品<br /> カーボンファイバー3Dプリンターにご興味がございましたら、Antarctic Bearまでお問い合わせください。または、要件を直接入力してください https://www.wenjuan.com/s/JZVzEj/

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