オーストリアのグラーツ工科大学は木材とポリマーの接合に3Dプリントを活用

オーストリアのグラーツ工科大学は木材とポリマーの接合に3Dプリントを活用
2024年9月1日、アンタークティックベアは、オーストリアのグラーツ工科大学(TU Graz)の研究チームが、接着剤やネジを一切使わずに木材と金属やポリマー複合材などの素材を接合する2つの新しい方法を開発したことを知りました。 1 つの方法は AddJoining と呼ばれ、積層造形法を使用して木材とポリマー複合材を組み合わせます。もう 1 つの方法は超音波接合と呼ばれ、高周波振動を使用して木材に材料を固定します。



両手法は現在特許申請中であり、今後は航空、自動車、家具などの業界で推進され、さまざまな製品やシステムにおける木材の利用拡大が促進されると期待されています。再生可能な天然素材である木材は、強度と軽量性を兼ね備えているため、これらの業界において再生不可能な素材やリサイクルが難しい素材に代わる、より持続可能な代替品としてより現実的です。

追加参加プロセス

AddJoining プロセスでは、未処理の木材基材にポリマー複合部品を直接 3D プリントします。ポリマー素材が木材の細孔に浸透して化学結合を形成し、木材に結合する接着剤のような働きをします。機械的な負荷テストでは、2つの材料の結合は非常に強固だった。「接合部が破断した後、木材の細孔にポリマーが見つかり、ポリマー内には破断した木材繊維が見つかった。これは、破損が接合部ではなく、木材とポリマーの内部で発生したことを示している」と研究者のジーン・マルカット氏は述べた。

研究チームは、最初にレーザーテクスチャリングやエッチングを使用して木材にマイクロ構造またはナノ構造を作成することで、はるかに強力で耐久性のある接合部を実現できると考えています。多孔性が高いため、より多くのポリマーが木材の表面に浸透し、結合が強化されます。しかし、単純さという理由から、研究者はより少ない手順で達成できる組み合わせに興味を持っています。

超音波接続

超音波接合は AddJoining に似ていますが、木材に直接 3D プリントするのではなく、低振幅、高周波の振動を使用してポリマーまたはポリマー複合材に浸透させます。具体的には、音響ツールヘッドを木材に当て、ポリマーまたはポリマー複合材の上に置きます。振動する木材と合成材料の間の摩擦により熱が発生し、ポリマー成分の表面が溶けて、溶けた材料が木材の多孔質構造に浸透します。 「この技術は、精密な局所スポット溶接を可能にするため、大型部品や2D構造に特に適しています」と研究者のアワイス・アワン氏は言う。また、レーザーを使用して事前に木材にテクスチャ加工を施すことで、接合部を強化することも可能だ。


△超音波接合では、木材とベース部材を摩擦熱で接合します

研究者らは、この研究で、ブナやオークなどのさまざまな木材や、炭素繊維強化ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、316Lステンレス鋼、Ti-64合金などの基材を含むさまざまな材料をテストしました。グラーツ工科大学のチームは現在、自動車、航空機、家具業界のパートナーと協力して、これらの多材料接合方法の開発に取り組んでいます。


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