Reinforce3Dは、3Dプリント部品の性能を向上させる連続繊維注入プロセス(CFIP)技術を発表しました。

Reinforce3Dは、3Dプリント部品の性能を向上させる連続繊維注入プロセス(CFIP)技術を発表しました。
この投稿は Coco Bear によって 2025-2-28 19:28 に最後に編集されました。

Reinforce3Dは、2022年にBeAble Innvierte Kets Fund (BIKF)、Eurecat、Marc Crescentiから資金提供を受けたスペインのスタートアップ企業です。 Reinforce3D は、連続繊維注入プロセス (CFIP) 技術のさらなる開発と商品化を目指しています。



連続繊維注入プロセス(CFIP)技術
CFIPは3Dプリント技術ではなく、新しい後処理技術です。カーボンファイバーなどの連続繊維を使用して3Dプリント部品を強化することで、機械特性と軽量性能を大幅に向上できます。プラスチック、金属、セラミックなど、さまざまな材料に適しており、複雑な繊維経路の設計、複数のコンポーネントの全体的な接続、大規模な産業用途をサポートします。


Reinforce3Dが開発した3Dプリント部品の補強用デルタマシン

CFIPの仕組み

1. 繊維の選択と準備
CFIP を実行する前に、まず適切な連続繊維材料を選択する必要があります。これらの繊維は、最終用途のニーズに応じて、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの高強度材料になります。繊維は通常、リールの形で提供され、繊維材料がマトリックス材料にしっかりと結合できるように、処理前に洗浄や界面剤によるコーティングなどの適切な前処理が行われます。

2. ファイバー注入プロセス
CFIP の核心は、独自の繊維注入メカニズムにあります。選択された連続繊維は、特殊な射出装置によって、成形されたが完全に固化していない部品の内部または表面に正確に射出され、事前に設計された経路に沿って配置されます。このプロセスでは、エンジニアは構造力学の要件に基づいて繊維の方向と分布を最適化し、部品のパフォーマンスを最大化できます。

3. 繊維とマトリックス材料の統合
繊維を注入する際には、繊維を部品のベース材料(マトリックス)に密着させる方法も考慮する必要があります。熱可塑性プラスチック製の部品の場合、マトリックス材料を加熱して軟化させ、内部に繊維を挿入して固定することができます。熱硬化性樹脂の場合、繊維とマトリックスが確実に固体全体を形成するように、硬化プロセスを加速するために特定の化学試薬または紫外線を使用する必要がある場合があります。

4. その後の処理
繊維注入後、部品は通常、さらに硬化または強化する必要があります。このフェーズの目標は、すべてのコンポーネントが目的の物理的および化学的特性を達成することを保証することです。また、余分な材料の除去、表面の研磨、品質検査の実行などの手順も含まれる場合があります。



利点

利点:
フリー ファイバー パス:複雑なパスに沿って、ファイバーをさまざまな方向 (印刷レイヤー間も) に配置できます。

幅広い材料に適用可能:プラスチック、金属、セラミックなど、既存のあらゆる AM 技術と材料で作られた部品を強化できます。

●一体型接続が可能:異なるコンポーネントを一体型に接続でき、コンポーネント間にファイバーの連続性があるため、超高接続性能を実現します。

大型構造物の製造が可能:大型、多材料、多工程構造物を効率的に製造します。

3Dコラボレーションプロジェクトプロセスの強化


△ 協力プロセス

Reinforce3D は、専任の付加製造アプリケーション エンジニアと協力して、連続繊維注入プロセス (CFIP) を適切に活用します。 Reinforce3D は、顧客の特定のニーズを満たすように CFIP ソリューションをカスタマイズし、競争上の優位性を提供し、イノベーションを促進します。

1. 仕様定義:顧客は、提案されたケースに関する関連情報を提供します。これには、部品の形状、負荷、制約領域、材料の種類などが含まれます。 Reinforce3D は、3D プリントと複合材料の分野における深い知識と専門知識によって評価されます。

2. コンセプト設計とトポロジー最適化: Reinforce3D は、定義された目的 (最小質量など) に従ってファイバーパスと AM 材料の最適な分布を決定できる、CFIP テクノロジー専用に開発されたトポロジー最適化手法を提案しました。

3. 詳細設計と FEM 検証: Reinforce3D は、部品の完全な機能性と製造の実現可能性を確保するために必要なすべての機能を追加することで、前のステップで生成された最適化されたコンセプト設計を改良します。次に、有限要素法に基づく機械シミュレーションを使用して、設計を仮想的に検証します。

4. プロトタイプ製造: Reinforce3D は現在、3D プリント部品や CFIP 技術を使用したその補強など、単一ユニットから小規模生産ユニットまでの製造能力を備えています。

5. プロトタイプ テスト: Reinforce3D は、定義された負荷条件下での強度や剛性の確認など、部品を実験的に検証するために、実験室でプロトタイプ テストを実行できます。

6. 経済的実現可能性分析: Reinforce3D は、材料、労働、設備関連のコストなど、顧客が定義した年間生産目標に基づいて、開発されたソリューションの OPEX および CAPEX コストを計算することもできます。


△ CFIPテクノロジーが役立つ分野

CFIP テクノロジーと従来の複合繊維強化プロセスの主な違いは何ですか?

CFIP技術と従来の複合繊維強化技術の主な違いは、主にプロセスパラダイム技術的特性という2つの側面に反映されています。

CFIP は、最初の後処理付加製造強化技術として、製造タイミングにおける従来のプロセスの限界を打ち破ります。従来の方法では、製造プロセス(プリプレグ積層や繊維巻き付けなど)中に繊維とマトリックスの複合材を同時に完成させる必要がありますが、CFIP は、3D プリントが完了した後に、連続繊維とナノ改質樹脂を事前に設定されたバイオニック管状ネットワークに注入することで、革新的なパフォーマンス向上を実現します。この後処理機能により、独自のコンポーネント修復機能が提供され、金属またはセラミックコンポーネントをターゲットにした強化が可能になります。一方、従来のプロセスは、新しい部品の 1 回限りの成形にしか適用できません。



ファイバー アーキテクチャ設計の面では、 CFIP は 3 次元トポロジー最適化を通じて次元間ファイバー配置を実現します。射出パスは、従来の層状構造の限界を打ち破り、航空部品における骨のような 3 次元補強ネットワークの実現など、印刷された層の間にバイオニック メッシュ サポート構造を構築できます。対照的に、従来のプロセスはフラットなレイアップまたは単純な巻き線パスに限定されており、複雑な曲面部品で機械的に最適な繊維配向を実現することは困難です。この空間自由度の飛躍的向上により、CFIP 部品の異方性指数が低下します。

Reinforce3DおよびCFIPテクノロジーの詳細について、公式Webサイトをご覧ください: https://reinforce3d.com/




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