ホンダは紙の3Dプリント技術を使って炭素繊維複合部品を製造

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-12-6 11:00 に最後に編集されました。

自動車産業の急速な発展は人々に便利な交通手段をもたらしましたが、環境汚染やエネルギー不足などの問題にも直面しています。これらの問題により、自動車の省エネと排出ガス削減の取り組みが急務となっています。 Antarctic Bearは以前、3Dプリントによって石油などの再生不可能なエネルギーの消費を削減できると報告しました。もちろん、自動車の軽量化はエネルギーを節約し、排出量を削減する手段の1つです。自動車の軽量化を実現するには、主に2つの方法があります。1つは自動車部品の構造設計を最適化することであり、もう1つは従来の材料を軽量で高強度の材料に置き換えることです。炭素繊維複合材料は、近年自動車用途で急速に発展している高強度の軽量材料です。

従来のカーボンファイバーの敷設方法は、手作業に大きく依存しており、コストがかかります。3D プリント技術により、複雑な形状や短期的なニーズに対応するカーボンファイバー部品を自動化して製造できます。現在、炭素繊維複合材料を3Dプリントできるメーカーとしては、Markforged、Orbital Composites、Arevo Labs、Impossible Objectなど、炭素繊維複合材料の3Dプリントを直接行っている企業があります。こうした炭素繊維複合材を直接3Dプリントする技術のほか、一部の3Dプリント技術は炭素繊維複合材用の金型の製造にも利用でき、成形工程と組み合わせることで炭素繊維複合部品を迅速に製造できる。ホンダグループでは後者を利用して炭素繊維複合材部品を迅速に製造している。

紙も「丈夫」になる
ホンダグループが使用する 3D 印刷技術は、アイルランドの Mcor Technologies 社製の McorARKe 3D プリンターです。このデバイスは、選択堆積 (SDL) 紙 3D 印刷技術を使用しています。まずは McorARKe 3D プリンターのワークフローを簡単に見てみましょう。

画像提供: Mcor Technologies
-3Dモデルをスライスする
-紙が印刷室に送られた後、3Dモデルの形状に応じてバインダーが堆積されます。
- プリンターに新しい紙がセットされ、プリンター内の加熱プレートが紙に圧力をかけ、接着剤が2層の紙を接着するのを促します。
-紙を切るための超硬刃
- 3D モデルの各レイヤーが印刷されるまで、上記の手順を繰り返します。画像提供元: Mcor Technologies。Mcor Technologies が開発したカラーインクにより、McorARKe 3D プリンターはカラー 3D 印刷も実現できます。 McorARKe 3D プリンターは、印刷材料が一般的な事務用紙と環境に優しい接着剤であるため、印刷コストが低く、印刷されたモデルは細部まで精細であり、自動車製造のユーザーによって製品設計の検証やラピッドプロトタイピングに使用されています。しかし、ホンダはMcorARKe 3Dプリンターを使用して炭素繊維複合部品の金型を製造しており、この紙3Dプリント技術の応用はプロトタイプを超えて、迅速な製品製造の分野に移行しています。

炭素繊維複合部品を製造する一般的な方法は、まずCNC工作機械を使用して部品の金型を切り出し、次に離型剤を使用して炭素繊維材料のブランクを金型の表面に置き、多孔質の粘着防止布（フィルム）、粘着フェルト、通気性フェルトカバーなどの処理ステップを経て、オートクレーブに入れて一定の温度と圧力下で硬化プロセスを完了することです。

金型の製造サイクルが長く、コストも高くなります。これを踏まえ、ホンダは低コスト・短サイクル技術であるSDL紙3Dプリント技術を活用し、炭素繊維複合部品の金型製造を開始した。では、柔らかい紙で作られたこれらの型は、その後の炭素繊維複合材成形プロセスのテストに耐えることができるのでしょうか?

画像提供：Mcor Technologies ホンダとMcor Technologiesは1年間の研究を行い、その結果、印刷された紙は層ごとに接着および圧縮された後、非常に強くなり、一枚の紙とはまったく異なる機械的特性を持つことが示されました。同時に、紙は非晶質材料であるため、プラスチックのように予熱後に溶けることがなく、紙の3Dプリント金型は変形することなく、長時間高温高圧環境に置くことができます。探索実践では、炭素繊維材料の成形プロセス中に紙の3Dプリント型が配置される環境は、135℃の高温と500,000Paの圧力です。

プリンターの超硬ブレードは印刷プロセス中に各層の印刷形状を正確にカットするため、紙で 3D 印刷された金型は高い寸法精度を持ち、最終的なカーボンファイバー部品にも高い寸法精度をもたらします。成形された部品の脱型を容易にするために、紙製の 3D プリント型の表面に離型剤を塗布することができます。これらの工程で紙型の変化が少ないため、必要に応じて型を再利用することができます。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
3Dプリントのもう一つのプラス効果：世界の石油消費量を削減するのに役立つ可能性がある
3Dプリントで軽量化を実現する4つの方法

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