3Dプリントは複合材製造にどのように影響しますか？

3Dサイエンスバレーのマーケットウォッチによると、複合材料はさまざまな用途で使用されています。それらは、さまざまな価値のあるコンポーネント、特に主要な航空機コンポーネントを製造するための実証済みの材料と方法を提供します。複合材料の応用はまだ進んでおり、今日、3Dプリント この進歩を加速しています。アディティブマニュファクチャリングテクノロジーの開発は、金型を必要とせずに複合材料から部品を製造する方法を提供すると同時に、アディティブマニュファクチャリングは複合材料産業の製造方法に新しいオプションを提供します。

より柔軟な複合材製造

3Dプリンティング-アディティブマニュファクチャリングの開発動向 多次元の深化レベルに向かっており、大量生産アプリケーションに直面し、アプリケーション側にまで広がっています。工業化への発展の道は、新しい材料と新しい製造プロセスの組み合わせです。

「複合 」は一般に、連続または不連続繊維、通常は炭素繊維で強化された熱硬化性または熱可塑性ポリマーマトリックス材料を指します。ガラス繊維;または、ジュート、亜麻、アラミド、玄武岩などの天然繊維。

たとえば、航空機業界では、1970年には旅客機の複合材料はゼロでしたが、現在、ボーイングドリームライナーは80％が複合材料です。さらに、たとえば自動車業界では、GEは、1980年代に、バンパーやエアフィルターハウジングなどの自動車のストレスのない鋼部品の多くをプラスチック部品に置き換えることができました。追加で製造された炭素繊維複合部品は、同じ方法で多くの既存の部品を正常に置き換えることができます。

航空機業界と比較して、自動車分野での炭素繊維複合3D印刷の最初の機会は、スポイラー、ステアリングホイール、ドアハンドルなどの部品に当てはまり、その後徐々に大きな構造部品の交換に移行する可能性があります。

聴衆にとって、今日の複合材料の最も価値のある最終市場は航空宇宙です。航空宇宙では、複合材は胴体の外板、ストリンガー、フレームなど、さまざまな部品や構造で使用されます。翼の外板、桁、ストリンガーなどの翼構造。と尾の構造;窓の周りなどのより個別のコンポーネント、荷物保管コンパートメントや内部パーティションなどの内部コンポーネント。航空機内の壁も複合材料でできていることがよくあります。

同時に、材料の量に関する他の最終市場には、複合材料で作られた風力ブレードなどの風力発電業界が含まれます。

複合材製造の場合、積層造形の役割は、部品をより効率的かつ高速にすることです。これは、ディスクリート部​​品や少量生産を考慮した場合、既存の複合材製造では不可能な場合があります。アディティブマニュファクチャリングはこれを可能にし、アディティブに連続繊維を使用することで、強度と剛性の要素が導入され、部品のアプリケーションの側面が次のレベルに引き上げられます。

3Dプリントコンポジットの5つのテクニック

1。その場での含浸： 乾燥繊維はノズルに供給され、マトリックス材料は、共押出しによる堆積中に１つまたは複数の流入手段によって注入される。マトリックスが導入されて加熱され、繊維は堆積前にその場で含浸されます。

2。そびえ立つ共押し出し： 乾燥繊維の代わりに、プリプレグ/薄いプリプレグテープがノズルに供給され、加熱され、他のマトリックス材料と共押出しされます。通常、2つのマトリックスは共押出しのマトリックスと同じです。アニソプリントは例外で、プリプレグマトリックスは熱硬化性であり、共押出しは熱可塑性です。

3。トウプレグ押し出し： トウストックの投入物は加熱され、他の材料なしで押し出されます。

4。その場での統合： このプロセスは、熱可塑性プラスチック用の自動ファイバー配置（AFP）の縮小版に似ており、入ってくる熱可塑性プラスチックトウ/プリプレグテープは、堆積時にその場で硬化します。供給プロセス中、原料はノズルの外部エネルギー源によって加熱され、堆積プロセス中に圧力ローラーによって配置および硬化されます。

5。インライン含浸： 3Dフィラメントワインディングと同様に、ファイバーはプリントヘッドに送られるときに含浸されます。トウ押し出しと同様に、堆積はノズルから発生します。

複合3Dプリントのアプリケーション開発

では、現在、どの部品を複合材料で製造できるのでしょうか、それともAMアディティブマニュファクチャリングプロセスのおかげで簡単になるのでしょうか？

さまざまなブラケットと留め具が、航空宇宙産業、特に一部の航空構造物で広く使用されています。たとえば、胴体スキン内の一連のフレームとストリンガー。現在の製造体制では、フレームと構造を胴体の外板に接続するために機械的な留め具が必要です。これは現在、さまざまな複雑なブラケットとファスナー、および従来の複合製造（圧縮成形）を使用して製造された他のハードウェアを使用して行われており、この作業の量と材料の要件に応じて、将来的に積層造形によってより効率的に行われることがわかります。

もちろん、航空機などの大規模なアプリケーションシナリオだけでなく、3D印刷複合材料にも、小規模なシナリオで想像力に富んだアプリケーションスペースがあります。

AM-Additive Manufacturingは、より小さく、より複雑で、少量の製造部品に対して複合材料をますます実用的にします。たとえば、複合材の生産者であるHexcelは、同社の「HexAM」複合材添加剤製造プロセスを使用して、無人航空機（UAV）コンポーネントを3Dプリントします。

しかし、少量でやや複雑な部品に関しては、より想像力に富んだ部品が、今日の機械加工された金属部品の代替品になる可能性があります。金属部品の複合材料への交換は、複合材料業界が約50年間機能してきた方法です。ただし、金属製品を置き換えるために付加的に製造された複合材料が直面する課題に対処する必要があります。

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