毛管駆動連続繊維3Dプリント：デラウェア大学研究者たちのブレークスルー
連続繊維3Dプリントの新研究が、宇宙産業を含む多様産業向け積層造形複合材部品の可能性を示しています。学術誌「Matter」に掲載された研究で、デラウェア大学（米国デラウェア州ニューアーク）複合材センター（CCM）の研究者たちが、ロボティクスと毛管ベースのインシチュ熱硬化システムを組み込んだ連続繊維3Dプリントの実験室規模手法を最近発表。高温熱硬化性樹脂を用いた高速積層造形カーボンファイバー複合材部品製造を実現します。
「これをワンステップ3Dプリントと呼んでいます」とデラウェア大学助教授で本研究著者のDr. Kun Fu氏。ローカライズド・インプレーン・サーマル・アシステッド（LITA）3Dプリント法と呼ばれるシステムは、ロボットアーム搭載オールインワンプリントヘッドで構成。スプールから供給されるカーボンファイバー、ガイドバー、液体樹脂ノズル、電気ヒーターを含みます。ファイバーが部品表面に配置される際、液体樹脂がファイバーへ噴霧され、即座にヒーターが追従。Fu氏説明では、これが浸透と硬化の両方を助けます。加熱プロセスで室温樹脂の粘度を下げ、キャピラリー（ファイバー間の管状隙間）を通じて真空なしで樹脂がファイバーへ浸透するのを助けます。製造部品のニーズとサイズに応じて、ヒーター温度を調整し樹脂粘度を制御可能です。
この手法は、連続繊維と熱硬化性樹脂のほぼ同時濡れと硬化を可能にし、連続繊維と高温熱硬化性樹脂由来の高い機械的特性を持つ複雑形状3D複合材コンポーネントの迅速製造ポテンシャルを秘めています。研究者たちは水平・垂直プリント、平面・曲面への適用も実証済みで、システムの柔軟性を示しています。
「この技術はこれまで非常に有望です」とFu氏。「私たちの知る限り、このような手法を発表したのは初めてです。」Fu氏によれば、研究者たちは技術特許取得を進めています。
さらに、デラウェア大学とパートナーKAI（米国テキサス州ダラス）が最近、NASA助成を受け、LITA 3Dプリント法をNASA宇宙船・着陸システムの熱防護システム用連続カーボンファイバー強化複合材コンポーネント製造に活用。LITA 3Dプリントシステムが高温樹脂プリント可能な点が選定理由とのことです。
現在、技術は小規模実証のみ（研究で3Kカーボンファイバー使用）ですが、Fu氏によればチームはロボットシステムスケールアップに取り組み、より幅広いカーボンファイバートウで大型コンポーネント対応を目指しています。研究者たちはスケールアップとその後の商業化に向け協業関心企業を募集中です。
「Matter」論文詳細はwww.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818をご覧ください。
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