米国のLLNL研究所が新しい技術を発明し、航空グレードの炭素繊維材料を3Dプリントすることに成功した。

アンタークティック・ベアは2017年3月2日、米国のローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）が最近、独自に開発した新しいマイクロ押し出し技術により、航空グレードの炭素繊維複合材の3Dプリントに成功し、この成果を達成した世界初の機関になったと報じた。彼らはこの研究に関する論文をNature Scientific Reports誌に発表した。

ご存知のとおり、炭素繊維は「未来のスーパー素材」と呼ばれています。非常に強度がありながら軽く、耐熱性も高く、電気伝導性にも優れているため、さまざまな場面で重宝されています。しかし、実際にそれを応用すること、特に複雑な形状にすることは簡単ではありません。現在の炭素繊維複合材の加工方法では、形状に制限があるためです。しかし、今回LLNLの新技術はこの制約を打ち破り、カーボンファイバーの自由な3D成形を実現しました。

プロジェクトリーダーのジム・ルウィッキ氏によると、この新技術は実際には改良された直接インク書き込み技術（DIW、ロボキャスティングとも呼ばれる）であり、まったく新しい化学的手法です。材料を数時間ではなく数秒で硬化させることができます。

同時に、このプロセス中に、チームは LLNL のスーパーコンピューティングシステムを使用して、炭素繊維の流れの状態を正確に予測しました。「この種の予測は、過去によく遭遇したノズル詰まりの問題を解決するのに役立ちます。これにより、大規模なオブジェクトをスムーズに印刷できるようになりました」と、Lewicki 氏は説明します。「使用する計算モデルでは、3D プリンターのノズルから流れ出る数千の炭素繊維フィラメントをシミュレートします。これにより、実際の印刷時に繊維を最も理想的な方法で配置できます。」

流体分析者のユリア・カナスカ氏は次のように説明しました。「私たちは、カーボンファイバー分散液を含む非ニュートン液体ポリマー樹脂をシミュレートする数値コードを開発しました。このコードを使用すると、さまざまな印刷条件下での3Dオブジェクトの繊維配向の変化をシミュレートし、最適な繊維長を見つけて最高のパフォーマンスを計算することができます。しかし、現時点ではこの研究はまだ完了していません。次のステップでは、磁力によってこれらの繊維を安定させ、より良い配列を実現したいと考えています。」

新しい 3D プリントとシミュレーションの方法により、内部構造をより適切に制御しながら、炭素繊維材料から複雑な物体を正確に製造することが可能になります。最終的には、高性能な航空機の翼、片面絶縁衛星部品、絶縁ウェアラブルデバイスなどを印刷できるようになります。

さらに、この新技術のもう一つのハイライトは、3Dプリントのプロセス中に炭素繊維が無秩序にならずに同じ防御線に向くようにできることです。これにより、原材料の消費量をわずか2/3に抑えながら、印刷された部品に高い強度などの高い性能を与えることができます。

現在、LLNL チームはこの新しいテクノロジーをさらに改良し、最適化しています。さらに、航空宇宙、防衛、商業分野の企業（機関）との協力も実現しています。

さらに読む:
3Dプリント炭素繊維複合材の新たな方向性
《3,500ドルから！ Markforged、2つの新しいカーボンファイバー3Dプリンターを発売

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