Fortis3D が史上最強のガラス繊維入りナイロンと PK 3D プリントフィラメントを発売

2023年3月14日、Antarctic Bearは、カナダの新興企業Fortis3Dが産業用途向けの2つの新しい3Dプリントポリマー材料、PA-GF20とPK-GF20を発売することを知りました。 Fortis3D は、新しい材料を発表すると同時に、各フィラメントの材料特性の詳細な分析も実施し、エンジニアが材料の利点に基づいて適切な適用シナリオを見つけられるように支援しました。
ポリマーエンジニアリングのバックグラウンドを持つ Fortis3D の科学者とエンジニアのチームは、他のフィラメントよりも強度が高く、ガラス繊維含有量が少ない強化ポリアミド (PA、ナイロン) とポリケトン (PK) の 3D プリントフィラメントを開発しました。
Fortis3D のビジネスマネージャーである Wayne Lam 氏は、次のように述べています。「市場にあるほとんどの繊維強化フィラメントは、比較的強度が高く硬い部品を製造できますが、従来の射出成形に使用される繊維強化樹脂ほど強度が高くないことがわかりました。また、高価な産業用機械を持つユーザーだけでなく、より多くのユーザーが高強度の材料を利用できるようにしたいと考えていました。この 2 つの目標を念頭に置いて、市場で最も強度の高い 2 つの材料を開発し、中級レベルのプリンターを持つユーザーでも非常に強度の高い部品を製造できるようにしました。」
△PA6GFの吸湿グラフ。画像提供：Fortis3D
PA-GF20とPK-GF20の特徴
Fortis3D の PA-GF20 および PK-GF20 チョップドガラス繊維強化材は、高性能機能部品の 3D プリント用に設計されています。優れた機械的強度に加え、両方の材料は化学物質、温度、衝撃、摩耗にも耐性があり、過酷な環境でも耐久性を発揮します。これらの材料の用途は、工業用端部カバーから備品まで多岐にわたります。
業界の他のほとんどのガラス繊維強化フィラメントでは、さまざまな樹脂に組み込まれた非常に短い（100〜300µm）粉砕ガラス繊維が使用されています。強度と印刷適性は優れていますが、脆い場合があります。チョップドガラス繊維はより長く（3 mm）、ベースプラスチック材料の靭性をより多く保持しながら非常に高い強度を提供しますが、接合がより困難です。どちらのタイプの繊維も、通常、配合プロセス中に分解が進み、最終製品の繊維が短くなるため、処理中に繊維の破損を最小限に抑える予防措置を講じる必要があります。
△ PK-GF20を使用して3Dプリントしたパーツ。画像提供：Fortis3D
PA-GF20およびPK-GF20 3Dプリント材料に関する技術データ
Fortis3D の研究開発チームは、繊維の充填と処理変数を最適化し、ガラス繊維の充填量が少ない、業界で最も「強力な」繊維強化 PA フィラメントの 1 つを製造しました。ガラス繊維の使用量を減らすことで、印刷性能、ノズルの摩耗、表面仕上げが向上します。調整後78MPaという高い引張強度を実現するために、研究開発チームは化学カップリング剤も使用して、ガラス繊維とポリマーマトリックス間の結合を強化しました。
射出成形に比べて 90% 以上の引張強度を保持し、他の主要ブランドのガラス繊維強化ナイロンおよび炭素繊維強化ナイロン素材よりも強靭です。 Fortis3D の SnapPrint PA と同様のナイロン共重合体を使用すると、一般的な PA6GF フィラメントと比較して吸湿性が 30% 減少します。 PA6GF フィラメントと比較すると、フィラメントが周囲条件に放置された場合でもクロストークが最小限に抑えられます。
△日数で計算した水分保持量の模式図。画像提供：Fortis3D
ポリケトン (PK) は、プロピレン、エチレン、一酸化炭素の三元共重合体です。その特性は PA12 に似ていますが、吸湿性が低く、耐薬品性と耐衝撃性が高く、それに応じて摩擦と摩耗が少なくなっています。また、ナイロンとは異なり、水分を吸収した後も機械的強度を維持します。環境保護の観点から見ると、ポリケトンの生産ではナイロンの生産よりも二酸化炭素の排出量が 60% 少なくなります。ただし、PK プリントでは反りが大きくなり、ほとんどのベッド接着剤や材料に接着しないため、単独で印刷するのは非常に困難です。この問題に対処するために、Fortis3D の開発チームは、PVA 接着剤のみを使用して反りを大幅に低減し、ほとんどのベッド表面材料に適合する独自の配合を作成しました。チョップドガラス繊維が添加され、強度と剛性が強化され、この材料は過度の水分吸収の危険なしに、業界の他の炭素繊維やガラス繊維強化ナイロンと競合できるようになりました。一般的な PA6GF フィラメントと比較して、吸湿性が約 70% 削減されるため、常温で 1 週間以上使用してもタンデム摩耗は制限され、部品の強度には影響がありません。

現在販売中のFortis3Dのフィラメントシリーズ製品には、SnapPrint PA、Lignum PLA、BioDuro Metallic PLAなどがあります。 Fortis3D 社によると、同社のフィラメントは高級素材から作られており、出荷前にすべてのスプールが厳格な品質管理基準に合格しているという。 Fortis3D によれば、同社の製造施設は GMP 認定を受けており、ISO 9001:2015 規格に登録されており、各バッチにわたって直径、楕円度、色に関して「業界トップクラス」の一貫性を保証しているという。

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