現在、積層造形技術により、航空宇宙、自動車、生物医学などのさまざまな業界のニーズを満たす熱可塑性材料、金属、セラミック、感光性樹脂の形成が可能になりました。

繊維強化複合材料などの現在の複合材料も 3D プリントできます。通常、粉末またはフィラメントの形態である複合材料の強化材は、低密度、高剛性、耐衝撃性など、従来のポリマー材料モノマー材料よりも優れた機械的特性を備えているため、複合材料の積層造形にますます注目が集まっています。材料。

この記事では、複合材の専門家から、さまざまな生産チェーンに複合材 3D プリンティングを統合する方法についてのアドバイスを提供します。

粒子との複合 / 短繊維との複合 / 長繊維との複合

複合材料とは、マトリックス材料の大幅な強化を達成するために、より強力な第 2 相がマトリックス材料に配合されたクラスの材料を指します。マトリックスの材料の種類に応じて、ポリマーマトリックス複合材、セラミックマトリックス複合材、および金属マトリックス複合材に分けることができ、通常は繊維強化ポリマーマトリックス複合材を指します。中でも、最も一般的に使用されている炭素繊維とガラス繊維強化複合材料は、ガラス繊維と炭素繊維をポリマー材料と複合させた後の軽量高強度材料として、材料の軽量性を維持しながら、材料の強度と剛性を大幅に向上させることができます。繊維強化複合材料は、強化相繊維の形態に応じて長繊維（連続繊維）強化複合材料と短繊維（非連続繊維）強化複合材料に分けることができる。炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は、その軽量かつ高強度な特性を活かし、航空宇宙、自動車、スポーツ用品など多くの分野で広く使用されています。ガラス繊維強化プラスチック (GFRP) は、CFRP ほど強度はありませんが、優れた耐食性と誘電特性により、電気産業の用途に最適です。

LGF&LCFコンパウンド

ここで、3D プリントの方法も繊維の種類によって大きく異なることに注意することが重要です。

短繊維をマトリックスポリマー材料に直接添加し、均一に分散させた後、シルクを製造することができます。

連続長繊維の追加には個別の印刷と塗布が必要ですが、特別な 3D プリンターの使用が必要です。

従来のポリマーに添加できる短繊維強化材料と比較して、連続繊維複合材料は製造コストが高くなりますが、優れた特性を持っています。連続繊維の複合材料はさまざまな方法で製造できますが、通常は手作業で層ごとに積層する必要があり、高価な金型と硬化装置の使用が必要です。3D プリンティングの利点は、連続繊維とマトリックス材料を 2 つのノズルからそれぞれ送ることで、複合材料の自動準備が達成できることです。

複合材料の 3D プリンティング プロセスでは、現在のプロセスで利用可能な材料が非常に広範囲に及ぶため、ほとんどの FDM プリンタで短繊維複合材料のプリンティングを実現できることを考慮すると、マトリックス材料と繊維材料が一緒になってプリンティング プロセスを決定します。しかし、連続繊維強化複合材料の場合、一般的な FDM プロセスには、3D プリンターのセットアップが重要であることに加えて、ノズルを通して基板上に連続炭素繊維を堆積させ、必要に応じて切断する装置が必要となるため、より大きな課題が生じます。繊維の押出方向は繊維の分布方向に直接影響し、3D プリントされた複合材料の機械的特性も決定します。したがって、プリンターの設定も、必要な複合材料の機械的特性に応じて慎重に設計する必要があります。対照的に、短繊維強化複合材料の繊維分布の方向は比較的ランダムであるため、印刷方向は短繊維強化複合材料の機械的特性にほとんど影響を与えません。

FDMプリント

複合材料の 3D プリントには、他の材料の 3D プリントと同じ利点があり、製造時間の短縮、材料消費量の削減、より複雑な構造の可能性が挙げられます。

さらに、複合材料の 3D プリントでは、繊維の分布方法を設計することで、プリントされた部品の性能を調整できます。これは、連続繊維強化複合材料を使用して印刷する場合に特に当てはまります。同じ動作条件下では、金属部品に比べて数倍軽い部品を製造できます。部品の軽量化はエネルギー消費量の削減、輸送コストの削減、製品の高品質化を意味するため、航空宇宙、ロボット工学、スポーツ、ヘルスケアなどの高性能アプリケーションでは軽量化が特に重要です。

今後数年間で 3D プリント複合材料の使用は、サイズ、生産性、機械的特性の点で大幅な進歩を遂げるでしょう。SmarTech 市場分析によると、世界の複合材料市場は今後 5 年間で 22.3% 成長すると予想されています。

連続繊維複合材料の 3D プリンティングは依然としていくつかの課題に直面していますが、より柔軟な構造設計をサポートして、より優れた特性を備えた複合材料コンポーネントを得ることができます。たとえば、繊維強化格子構造、繊維ステアリング、局所強化、および実際のアプリケーションシナリオとコンポーネントの負荷分散と組み合わせたその他の設計手法によって、性能を最適化できます。

アモイLFT複合プラスチック有限公司は2009年に設立され、製品の研究開発（R&D）、生産、販売マーケティングを統合した長繊維強化熱可塑性材料の世界的ブランドサプライヤーです。当社のLFT製品はISO9001&16949システム認証に合格し、自動車、軍事部品および銃器、航空宇宙、新エネルギー、医療機器、風力エネルギー、スポーツ用品などの分野をカバーする多くの国家商標および特許を取得しています。