3Dプリントされた長繊維強化複合材料の特性評価

3Dプリントされた長繊維強化複合材料の特性評価
FDM 技術を使用して繊維強化樹脂ベースの複合材料を形成する研究は数多く行われてきましたが、そのほとんどは、部品の特定の部分に FDM 技術を使用して繊維強化複合材料を印刷し、部品の機械的特性を向上させることに焦点を当てていますが、ナイロンベースの繊維強化複合材料で完全に印刷した部品に関する研究はありません。

この論文では、MarkOne 3D プリンターを使用して、性能試験用に予め含浸させたナイロンベースの炭素繊維材料とナイロンベースのガラス繊維材料を使用した引張および圧縮機械試験用の標準試験片を印刷します。プレ含浸ナイロン系炭素繊維材料の炭素繊維含有量(重量比)は約40%であり、プレ含浸ナイロン系ガラス繊維材料のガラス繊維含有量は約50%である。含浸繊維と脱樹脂後の繊維を図1に示す。成形効果を確実にするために、ノズル経路は図 2 に示すようにジグザグ ループを採用しています。

機械試験の結果を次の表に示します。


従来のプロセスと比較すると、FDM 技術を使用して形成された繊維強化複合材料の機械的特性は、従来のプロセスのものよりもはるかに低くなります。これには主に 2 つの理由があります。 (1) 原材料の繊維含有量が低く、ナイロンと樹脂の機械的特性が悪い。
(2)部品の成形工程で隙間が発生し、成形後の圧縮工程がない


今後の研究では、高強度樹脂ベースの材料(PEEK など)の使用、繊維含有量の増加、成形後の処理ステップの増加による機械的特性の向上、FDM 技術を使用したより複雑な構造の繊維強化複合部品の印刷などを試みるべきです。

著者: Shan Cunqing 出典: 西安交通大学 Wang Ling 研究グループ 参考文献: Justo, J., et al. (2018). 「3D プリントされた長繊維強化複合材料の特性評価」 Composite Structures 185: 537-548
3D プリント、印刷、繊維、強化、複合材

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