複合3D印刷により、航空宇宙および建設における損傷の検出が可能になります

Brightlands Materials Center（オランダ、ヘレーン）は、自己検知機能を備えた3Dプリントされた複合部品を開発しました。セルフセンシングは、航空宇宙、建設、ヘルスケアなどの分野で重要な構造を監視する機会を生み出します。

自己検知とは何ですか？

自己検知とは、センサーとして機能し、自身の状態に関する情報を収集する材料の能力です。炭素繊維強化ポリマーマトリックス複合材料は、連続繊維の電気抵抗の測定可能な変化に基づいた自己検知機能を提供するものとしてすでに確立されています。このような材料は、航空機の構造ヘルスモニタリング（SHM）や、橋や建物などの建設用途向けに開発および実証されています。

伝統的に、そのような自己検知複合材料は、複数の段階、より複雑な操作、および特別な装置を含む技術を使用して製造されてきました。 Brightlands Materials Centerは、連続炭素繊維のセルフセンシングと積層造形を使用した製造を組み合わせて、SHMアプリケーションをより費用効果の高いものにし、新しいアプリケーションへの幅広い使用と拡張を可能にしています。

連続繊維3D印刷は新しい視野を開きます

アディティブマニュファクチャリングにより、連続炭素繊維の非常に正確な位置決めと配向が可能になります。したがって、製品内の選択された場所に繊維を配置して、指定された荷重経路に沿って必要な強度と剛性を提供し、構造の不可欠な部分を形成することができます。これは、炭素繊維が構造を監視するための「センサー」として機能するために必要な場所に配置され、複数の繊維が部品全体にさまざまなセンサーを形成できることを意味します。

ブライトランズマテリアルセンターは、歩行者用複合橋の縮尺モデルと単純な曲げ梁の変形を監視することにより、この概念を実証しました。どちらもAnisoprint（Esch-sur-Alzette、Luxembourg）ComposerA4コンポジット3Dプリンターで印刷されました。ブライトランズマテリアルセンターのリサーチエンジニアであるGuyBexは、次のように述べています。監視に使用される電子ハードウェアに接続するには、連続した炭素繊維が部品から突き出ている必要があるため、ファイバーの位置決めの自由度もセンシングにとって重要です。

より正確な3D印刷結果

3D印刷は工具や金型を必要としないため、あらゆる形状の連続繊維強化複合材料を製造するためのワンステッププロセスを提供し、より複雑で時間と費用のかかる従来のマルチステップ技術に取って代わります。ただし、3D印刷された構造の製造プロセスを最適化するには、数回の反復が必要になる場合があります。自己検知型の3D印刷複合材料は、新製品の設計およびプロトタイプ段階で重要な、実際の使用状況に関する情報を収集できます。

このようなテスト中に、自己検知3D印刷部品は、サービスで経験した実際の条件と力を記録します。これにより、設計者とエンジニアは、印刷部品が耐えなければならない実際の要件をより正確に理解できます。

このような検知により、部品が診断ツールとして機能することも可能になります。たとえば、3D印刷された自己検知装具またはプロテーゼの部品は、患者をガイドし、応力分布と運動パターンに関する貴重な情報を医師に提供する場合があります。

研究パートナー

ブライトランズマテリアルセンターは、オランダ応用科学研究機関TNO（ハーグ）とリンブルフ州によって設立された独立した研究センターです。アプリケーションに重点を置いて業界のイノベーションをサポートし、3D印刷された自己検知複合材料の研究ロードマップを含む、専用の委託研究と参加を提供します。

Anisoprintは、anisoprintingの発明者です。これは、連続ファイバー3D蒸着による最適な複合構造の設計と製造のための技術です。同社は、3Dプリンター、材料（炭素繊維と玄武岩繊維に基づく）、およびアイソプリントされた複合部品を製造するためのソフトウェアを製造しており、科学者が新しいより効果的な方法で研究の問題を解決し、製造会社がコストを削減できるようにしています。