新しい3Dプリント技術でサポートフリーのカーボンファイバー部品を製造可能

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-6-2 16:33 に最後に編集されました

2022年6月2日、アンタークティックベアは、コロラド州立大学の研究者が支持構造なしで炭素繊維強化複合部品を製造できる新しい3Dプリント方法を開発したことを知りました。

△ フロント重合 3D 印刷方式。自由な形状とサポート構造を作成できます。この技術は、特別に開発された熱硬化性樹脂と、印刷プロセス中の押し出し時に材料を固化させるフロント重合と呼ばれる独自の硬化プロセスに依存しています。この方法を使用すると、得られた部品は外部からの紫外線や赤外線を一切受けることなく、ほぼ瞬時に印刷されます。剛性があり、サポートなしで元の形状を維持できることが重要です。

この新しい方法により、3D プリントされた複合構造は、空隙率がゼロになり、優れた機械的特性を持つ高配向炭素繊維強化材を備えることができます。

複合 3D プリント用熱硬化性樹脂<br /> これは、3D プリントされた複合部品を使用する必要がある人にとっては素晴らしいニュースです。短い繊維材料と長い連続繊維材料の両方を処理できます。

複合フィラメントは最も入手しやすく、使いやすいものですが、使用温度が低い、層間の機械的特性が悪い、空隙率が大きい、繊維の体積が比較的少ないなどの理由から、高性能構造に適用すると、結果として得られる部品に多少の欠陥が生じます。

コロラド州のチームによると、彼らは繊維充填熱硬化性複合樹脂に解決策を見つけたという。これらの低粘度で熱に敏感な材料は、直接インク書き込みによって押し出すことができ、通常、FFF フィラメント材料よりも優れた熱機械特性を備えています。問題は、熱硬化性樹脂が歴史的に硬化速度に関連した問題を抱えてきたことです。

通常、3D プリント用の熱硬化性樹脂を硬化させるには UV または可視光が使用されますが、光硬化型の樹脂は、印刷された元の形状を維持するための高い硬化率を欠いており、たるんでしまうため、硬化前にサポートが必要になります。また、不透明なインクや繊維を多く含んだインクと統合することもできません。

あるいは、熱硬化プロセスが使用されますが、これには非常に高い周囲温度条件が必要です。現時点では、サポートされていない自由形状ジオメトリを 3D 印刷する場合、これらの方法はいずれも実現可能であることが証明されていません。

△ ポジティブな集約が機能している
サポートされていないソリューション<br /> 前面重合硬化技術は硬化速度が低いという問題を解決しますが、どのように機能するのでしょうか?この研究では、研究チームは短炭素繊維を充填したDCPD（ジシクロペンタジエン）ベースの熱硬化性樹脂を開発しました。

樹脂の硬化は局所的に熱を加えることによって開始されます。まずプリントベッドが加熱され、次に自己持続的な発熱反応が開始され、ダイナマイトの導火線に火がついたように、プリントパスが開始されます。最終的に、複合樹脂は堆積されると、その場で硬化します。

△自立的な発熱反応がプリント部分に沿って上方向に伝播し、途中で熱で材料を固めます。つまり、プリント速度と先端速度（発熱反応の伝播速度）を正確に一致させることで、完全にサポートのない、すぐに硬化するフリーフォーム構造を実現できます。

炭素繊維を添加すると、機械的特性が大幅に改善されるだけでなく、複合樹脂のレオロジー挙動と熱伝導性も向上することがわかりました。研究チームは、前面重合 3D 印刷技術が最終的にはさまざまな種類の強化繊維や粒子添加物にも応用できると考えています。

研究の詳細は、「熱硬化性ポリマー複合材料で強化されたポジティブ相3Dプリント短炭素繊維」という論文でご覧いただけます。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c02076#
この技術の詳細<br /> 3Dプリント技術と複合材料の発展により。今年初め、スイスの3Dプリント専門企業9T Labsは、Red Series Additive Fusionソリューションプラットフォームを完全に商品化するために、シリーズA資金調達で1,700万ドルを調達しました。このプラットフォームは、3D プリントと圧縮成形を組み合わせて、高度な炭素繊維強化熱可塑性複合部品の工業的大量生産を可能にします。

一方、イスラエルの 3D プリンター製造会社 Massivit 3D は最近、大型複合金型を短時間で効率的に製造できるように特別に設計された新しいマシンを発売しました。 Massivit 10000 は CIM (コンクリート射出成形) 技術を採用しています。鋳造プロセス中に複雑なツールを作成することが可能です。

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