接着剤不要: 3Dプリントと超音波技術を使用した木材と金属の強力な接着

接着剤不要: 3Dプリントと超音波技術を使用した木材と金属の強力な接着
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-8-29 15:32 に最後に編集されました

2024年8月29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)の科学者が最近、製造業界に革命的な変化をもたらす画期的な2つの新しい接続材料技術を発表したことを知りました。これら 2 つの方法は、従来の腐食性接着剤に頼ることなく、細孔レベルで超強力な結合を形成できるため、環境保護と生産効率が大幅に向上します。

△超音波接合では、木材と金属などの2つの材料を音波の摩擦によって発生する熱を介して接合します。
技術研究開発の背景

従来の工業用接着剤はさまざまな材料を効果的に接合できますが、環境への影響は無視できません。石油由来の化学物質から作られた接着剤は、製造時に大量のエネルギーと資源を消費するだけでなく、有害な汚染物質も放出します。これらの接着剤を使用すると土壌や地下水の汚染を引き起こす可能性があり、一部の化学物質は作業員の健康に潜在的なリスクをもたらす可能性もあります。再利用可能な植物由来の接着剤や生分解性製品など、環境に優しい接着剤を改良する試みは市場にいくつかあるが、オーストリアの研究チームはまったく新しいアプローチを採用した。

△「Addjoining」技術により、研究者は3Dプリントを通じて未処理の木材表面に直接プラスチック複合材を印刷することができる。
3Dプリント技術が革新的な接合ソリューションをもたらす

研究者らは「Addjoining」と呼ばれる高度な3D印刷プロセスを開発した。このプロセスにより、未処理の木材の表面にさまざまな材料を直接印刷し、木材の細孔に浸透させて強力な結合を形成できる。実験により、接合部の破壊は接合部ではなく木材とポリマーで発生することが示され、この方法の有効性が証明されました。

「破壊の過程で、木材の細孔にポリマーが、またポリマー内に壊れた木材繊維が見つかりました。これは、接合部ではなく、木材とポリマーの接合部で結合が起こっていることを示しています」とグラーツ工科大学の材料科学、接合、成形研究所の博士研究員、ギアン・マルカット氏は説明する。

研究チームはまた、レーザーエッチング技術によってより複雑な木材構造を作成したり、気孔を増やしたりすることで、3Dプリントされた結合の強度がさらに向上すると示唆している。この技術は、コンポーネントを表面に直接印刷できるため、さまざまな設計要件を満たす複雑な 3D ジオメトリに特に適しています。

「私たちは、手順をできるだけシンプルにし、最も重要なのは化学物質の使用を避けたかったのです」と、研究を率いたセルジオ・アマンシオ氏は語る。「この技術は、希望する形状を表面に直接印刷できるため、複雑な3次元構造に特に適しています。」

△IIW国際溶接接合会議
新しい超音波接合技術

研究者らが提案する2番目の接合技術は「超音波接合」と呼ばれる。この方法では、超音波発生器と呼ばれる装置を使用して、木材と金属ポリマーの接合部に高周波で低振動の音波を送信します。これらの音波は接合部に摩擦を生み出し、2 つの材料を結合するのに十分な熱を発生させます。

「精密な局所点接続を実現できるため、この技術は大型部品や二次元構造に特に適しています」と、研究の共著者であるアワイス・アワン氏は述べた。研究者らは、この新しいグリーン接続技術は、特に家具、自動車、航空業界で幅広い応用の可能性を秘めていると考えている。

この研究結果は先月、IIW年次総会および国際溶接接合会議で発表されました。将来的には、チームは自動車、航空機、家具業界のパートナーと協力して、これらの技術をさらに改良したいと考えています。


溶接、接合、超音波

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