複合材料を使用した 3D プリント

May 09, 2024

MarkForged の新しい工業用 Mark Two システムで連続炭素繊維強化ナイロンから 3D プリントされた、ボール ジョイントなどの高強度部品のサンプルです。 画像提供：MarkForged。

ほんの数年前までは、複合材料を使用した 3D プリントに焦点を当てた記事はどれもかなり短いものでした。 さて、より強くてより軽い部品の 3D プリンティングを目的とした最近の材料やシステム開発の波を考慮すると、同じテーマで雑誌が 1 冊分を占める可能性があります。

炭素繊維強化プラスチック (CFRP) で作られた部品は、強度重量比が高いため、数十年にわたって使用されてきました。 ナイロンなどのポリマーやグラスファイバーなどの充填剤も広く使用されています。 しかし、従来の複合材の製造プロセスでは手作業でレイアップすることが多く、オートクレーブや真空成形などの後処理が必要です。 このような作業には、標準的なプラスチックや金属を扱うよりも高度なスキルとコストが要求される場合があります。 デザイナーは常に 3D プリンティング/積層造形 (AM) システムで使用するためのより強力な材料を探しているため、この材料コンセプトが注目を集めているのも不思議ではありません。 DE は、現在利用可能または近々提供される AM 複合材料ハンドリング システムと材料、およびサポート分野での取り組みを検討します。

3D プリント部品の特性を最適化するソフトウェア

Arevo Labs が設立されたとき、「私たちのビジョンは、(複合材料から) 生産部品を製造することでした」と、同社の社長 Hemant Bheda 氏は言います。 Arevo Labs は、さまざまな特性を備えた高強度複合フィラメントのファミリーを開発しましたが、それは問題の一部しか解決しませんでした。 「AM では、さまざまな方法で部品を作成する自由が提供されます。10,000 通りの方法もあります」と Bheda 氏は述べています。 私たちは、設計と方向を最適化できるように、特性を予測する何らかのソフトウェア ツールが必要であることに気づきました。 そうでなければ、部品を盲目的に構築することになるでしょう。」

Bheda 氏は、これまでこのようなことは行われたことがなかったが、現在、まさにそれを行う AFEA と呼ばれる製品を開発中であると述べています。 このソフトウェアは、有限要素解析アルゴリズムに基づいており、Windows、Mac、クラウド上で動作し、AM 独自の設計自由度を活かしながらエンジニアの繊維配向制御をサポートします。 「私たちはエンジニアに、『この最終特性を取得できるか』と尋ねながら設計を検討し、計算を確認するためにテスト部品を作成してもらいたいと考えています。」 Arevo Labs は、2016 年第 3 四半期の最初のソフトウェア リリースに向けて、一連の戦略的パートナーと協力しています。

3D プリンティングを真の製造業として実行可能にする、つまり、一回限りか大量かにかかわらず、望ましい、予測可能で再現可能な結果を​​備えた部品を製造するために、シミュレーション/最適化ソフトウェアの必要性が広く認識されています。 Avante Technology から Dassault Systèmes の SIMULIA まで、他の企業もこの課題に取り組んでいますので、今後も注目してください。 – PJW

イタリアのメーカー 3ntr の A2V2 は、溶融フィラメント製造 (FFF) システムであり、その広い動作温度範囲 (最大 410°C) により、ナイロン/カーボンや PA66 ナイロン/ガラスなどのいくつかの複合フィラメント タイプを実行できます。 印刷量は 24.4x13.7x19.2 インチで、工業生産をターゲットとしています。 Plural Additive Manufacturing が米国でシステムを導入

シンシナティ インコーポレーテッド (CI) は、大面積積層造形 (BAAM) 押出装置で近年注目を集めました。この装置は主に炭素繊維強化 ABS (アクリロニトリル ブタジエン スチレン) プラスチック複合材料を使用して稼働しています。 同社は Local Motors と協力して Strati 車と Shelby Cobra の複製品の両方を 3D プリントし、コミュニティがデザインした地元生産の車両の計画ラインのキックオフとなりました。 CI のマーケティング マネージャー、マット ガルバリーノ氏によると、ローカル モーターズは現在 3 つの BAAM システムを所有しており、そのうち 1 つはアリゾナ州チャンドラーのローカル モーターズ本社にあり、もう 1 つはメリーランド州ナショナル ハーバーのマイクロファクトリーに設置されています。 Garbarino 氏は、システム、マテリアル、プログラミング ソフトウェアの改善の速度は現在非常に速いと述べています。 同社のもう 1 つの顧客である SABIC IP は、自社の機械を完全に材料開発に専念させています。 SABIC の THERMOCOMP チョップド カーボン ファイバー コンパウンドは、Strati 車両の構築に使用されました。