連続繊維3D印刷用のUV硬化性熱硬化性樹脂の商品化

CF3Dテクノロジーは、スナップ硬化性熱硬化性材料を使用して、高コスト、長いリードタイム、および設計上の制約を軽減します。写真提供者：Continuous Composites

2020年9月、連続繊維3D印刷のスペシャリストであるContinuous Composites（Coeur d'Alene、アイダホ、米国）は、Sartomerビジネスラインを通じて特殊材料会社Arkema（コロンブ、フランス）と戦略的パートナーシップを発表し、ContinuousCompositesの特許取得済みのContinuousFiber3Dを統合しました。 （CF3D）アルケマの光硬化性N3xtDimension樹脂ソリューションを使用した印刷技術。この組み合わせにより、さまざまなアプリケーションや業界のニーズに適合する高度な材料ソリューションのライブラリの開発、認証、および商品化が期待されます。

この正式なパートナーシップは、2015年にArkemaWorldwideの3D印刷のシニアディレクターであるSumeetJain博士が、Continuous Compositesに気づき、同社が開発している印刷プロセスにチャンスを見出したときに始まった関係から生まれました。 ContinuousCompositesのCEOであるTylerAlvarado氏によると、パートナーシップは当然のことでした。

2019年までに、両社は共同開発契約を締結し、2020年の初めに、アルケマはコンティニュアスコンポジットとのエクイティポジションを獲得し、9月に戦略的パートナーシップが発表されました。 「私たちはパートナーシップと両チームが達成できた結果に非常に興奮しています。これは、1プラス1が3に等しいもののひとつであり、複合材料分野だけでなく、光硬化性熱硬化性樹脂での経験を実際に活用しています」とAlvarado氏は言います。

連続繊維3D印刷による光硬化性樹脂のブリッジング

現在、アルケマの先端材料セグメントには、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などの多くの材料にまたがる支店があり、複合材料には、3D印刷や従来の製造プロセスなど、多くのプロセスとアプリケーションがあります。 Sartomerのビジネスラインは、さまざまな市場向けの特殊なアクリレートとメタクリレートに焦点を当てており、グローバル3DのSartomer R＆DディレクターであるJeffrey Klangによると、コーティング、接着剤、3D印刷フィラメントの形でUV硬化性材料を提供してきました。印刷チーム。

アウトオブオートクレーブ（OOA）であるCF3D印刷システムを補完するために、スナップキュア樹脂と連続繊維の使用に基づくスケーラブルな3D印刷技術（詳細な説明はこちらをご覧ください：「連続繊維を使用した3D印刷複合材」）、Continuous Compositesには、航空宇宙からエネルギー、防衛に至るまでの業界の顧客の高性能な機械的要件を満たす樹脂のカタログが必要でした。 「私たちのビジネスモデルは、機械とそれに対応するソフトウェアと樹脂を提供して、これらの顧客が特定の業界アプリケーションで求めているコンポーネントを製造できるようにすることです」とAlvarado氏は言います。

ガラス転移温度（T _g ）などの高い機械的特性に対するこの必要性 ）および火災、煙、毒性（FST）により、熱硬化性樹脂に焦点が当てられましたが、Alvaradoは、CF3D技術でも熱可塑性樹脂を使用できると述べています。 「私たちのコアコンピタンスは、乾燥した連続繊維を使用し、それをスナップ硬化（この場合はUV硬化）樹脂で含浸することです」と彼は言います。 「私たちは、複合構造を自由な形で形作ることができるこのスナップ硬化熱硬化性アプローチに本当に焦点を当てています。これにより、連続繊維の異方性特性を活用し、非常に軽量で非常に軽量なこれらの複雑な有機形状を作成できます。強い。繊維含有量が非常に高く、気孔率が低い、非常に高品質の複合ラミネートを製造できます。」

写真提供者：Arkema

SartomerのN3xtDimension液体樹脂は、ArkemaプラットフォームによるArkemaの新たに発売された3D Printing Solutionsの一部であり、炭素繊維やガラス繊維からDyneemaやアラミドに至るまでの構造繊維と組み合わせて、理想的な組み合わせであることが証明されました。 -さまざまな機械的特性要件を満たす硬化性樹脂。

樹脂の機械的特性に加えて、最終部品の熱硬化の必要性を排除することで、CF3Dの最も革新的な2つの機能が可能になります。それは、高速印刷と、サポートされていない屋外での印刷機能です。 「通常、複合材をレイアップするときは、レイアップをサポートするための工具/金型が必要です」とAlvarado氏は言います。「しかし、構造フィラメントで補強されたスナップ硬化性熱硬化性樹脂を使用しているため、 「その材料を硬化させることができ、その支持材料なしでその形状をとることができます。」これにより、金型と金型の取得に伴うコストとリードタイムがなくなり、金型を中心に設計する必要があるという設計上の制約がなくなります。 「これで、これらのファイバーをさまざまな方向に操縦できます。サポートされていない印刷機能を使用すると、非常にユニークなオーバーハングジオメトリが大きなギャップにまたがることができます」と彼は言います。

さらに、CF3Dは「非常に安定したマシンであり、従来の熱可塑性プラスチックマシンよりも大幅に高速に印刷されます」とAlvarado氏は言います。これらの速度は、ラミネート内の温度勾配の管理や反り（熱可塑性樹脂よりも熱硬化性樹脂を使用するため）などの問題を排除し、システムが加熱プロセスによって制限されない（UVを使用するため）ことで可能になります。軽い治療法）。

印刷速度には2つの変数があります。材料の硬化と印刷の精度です。 「問題は樹脂ではありません。彼らは時間内に治癒します。マシンがボトルネックになっています」と彼は言います。モーションプラットフォームとしてのロボットは、もともとA点からB点へのピックアンドプレースの繰り返し動作用に設計されましたが、必ずしも3D印刷に伴う精度のためではありません。 「私たちのチームは、3D印刷システムの基盤となるモーションプラットフォームコントロールとしてCNCコントローラーの独自の統合を実際に開発しました。これにより、ポイントを正確に繰り返し移動できるため、印刷速度を大幅に向上させることができます。今」と彼は言います。 Continuous Compositesは、CNCコントローラーを使用して、来年、システムの印刷速度を最大3倍にすることを計画しています。

ただし、他のイノベーションと同様に、SartomerのKlangによると、SartomerのUV硬化性樹脂技術をより高性能で構造的なアプリケーションに移行することに関連する課題がありました。たとえば、注目すべき分野の1つは、耐熱性の向上です。 「私たちは230°Cに近づいています」と彼は言います。「これは本当に興味深い新しいタイプのアプリケーションに私たちを連れて行ってくれます。」

ArkemaのJainは、次のように付け加えています。「このパートナーシップにより、複合材料の製造方法を変えるために、ボトムアップで取り組んでいます。これは些細なことではありません。私たちはすでに4年間一緒に働いており、まだ始まったばかりです。」