Stratasysの炭素繊維強化3Dプリントを金属の代わりに使用する方法

2022年5月31日、StratasysとAntarctic Bearはオンラインセミナーを開催し、Stratasysの炭素繊維強化材料印刷ソリューションを紹介しました。ライブ放送では、Stratasys製造部門のシニアアプリケーションエンジニアであるLi Qinghao氏がプレゼンターを務めました。

本セミナーでは、炭素繊維材料とは何か、ストラタシスの新しい炭素繊維強化材料の利点、炭素繊維強化材料の対象用途、炭素繊維強化材料3Dプリンターについて紹介しました。

カーボンファイバーは、スポーツカーのカバーやスポーツヘルメットなど、高性能が求められる場面でよく使用されます。炭素繊維素材は軽くて丈夫です。各炭素繊維は数千本の小さな炭素繊維で構成されており、直径は約 5 ～ 8 ミクロンで、ほぼ完全に炭素で構成されています。最も初期の世代（T300、HTA、AS4 など）の直径は 16 ～ 22 ミクロンです。新しく開発された炭素繊維（IM6 や IM600 など）の直径は約 5 ミクロンです。

従来の炭素繊維部品の製造プロセスには、炭素繊維プリプレグ → コーティング → 高温高圧硬化 → 型抜き → 成形およびトリミング → 表面処理が含まれます。

顧客ニーズの調査を通じて、部品の品質、優れた機械的特性、オープンな材料システムが、プレミアムを獲得する可能性が最も高い特徴であることがわかりました。その結果、ストラタシスは3Dプリントを使用してカーボンファイバー部品を製造する技術を導入しました。印刷方法は3つあります。
●材料要件を満たすプリンターを使用して部品を直接印刷します。
●印刷・被覆金型
●犠牲鋳型
その中で、炭素繊維強化材料の直接印刷は主流の使用方法であり、細断された炭素繊維をベースポリマーナイロンと混合し、それを3Dプリントフィラメントに引き伸ばしてFDM 3Dプリンターで使用します。

上記の材料調製原理に基づいて、Stratasys は ABS-CF10 (炭素繊維 10% 含有)、NylonCF-10 (炭素繊維 10% 含有)、Nylon12CF (炭素繊維 35% 含有) の 3 つの炭素繊維複合材料を発売しました。
テストの結果、炭素繊維を追加することで、これら3つの材料の性能が向上しました。今年発売されたナイロンCF10の強度は、ベースとなるナイロン材料より60％高く、剛性はベース材料の3倍です。

炭素繊維複合材を印刷することで、最大引張強度は 83MPa に達し、ほぼ完全な密度の部品を製造できます。さらに、可溶性サポート材料を使用することで、正確で複雑な形状を実現できます。 Stratasys プリンターは、99% の稼働率と 99% の寸法再現性を備えています。

工場現場では、3D プリントされたカーボンファイバー部品は、CNC キャリパー、アームの先端ツール、CMM 固定具、トランスファーラック、金属成形金型、曲げ加工機ツール、生産用スペアパーツ、ドリルガイドなどに使用できます。

セミナーでは、エンジニアの李氏がいくつかの代表的な応用事例を詳しく紹介しました。例えば、CNCワークピースの搬送に使用される材料ラックは、ストラタシスのプリンターでナイロンCF10を使用して印刷され、すべての作業の高強度と高剛性の要件を満たし、労働時間とコストを80％以上節約しました。そして、ワークピースの外観と形状は完全に一致します。

もう一つの代表的な事例は、Stratasys Fortus450 プリンターを使用して印刷した Nylon12CF で、ステンレス製品のスタンピングに使用できます。耐圧性はスタンピング金型の要件を満たし、生産工程では労働時間が 87%、コストが 80% 削減されます。

3D プリントされた Nylon12CF を使用してかさばる金属工具を置き換えたフォード自動車生産ラインの事例を詳細に分析します。これは、自動車の背面の三角窓の位置を測り、測定するために使用されるツールセットです。元々は溶接されたアルミニウム合金で作られており、非常にかさばり、人間工学に基づいて設計されていませんでした。 3D プリントにより、設計の改善と統合設計の最適化が実現し、ツールの重量が 5.44 kg から 3.62 kg に削減され、33% の軽量化が実現しました。組み立ての総コストは 2,582 ドルでした。

ストラタシスは、カーボンファイバー 3D プリントに対する生産工場や研究室のニーズをさらに満たすために、F123 CR シリーズと F370 CR シリーズの 3D プリンターを発売しました。

さらに、これらのデバイスはサードパーティの材料もサポートします。Stratasys は現在、ユーザーに選択肢を増やすために、材料サプライヤーの Covestro、Kimya、Victrex plche と協力しています。

上記は、今回のセミナーのハイライトの一部です。セミナーのPPTの完全版をご希望の場合は、以下のQRコードをスキャンして情報をご入力いただければ、PPTが送信されます。 https://www.wenjuan.com/s/2MfMZ3j/#

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