Setforge、9T Labsの技術でカーボンファイバー複合材の量産を開始

1世紀以上にわたり、Setforge（Fariniaグループの子会社、フランス・ロルム）は、自動車や航空宇宙など要求の厳しい業界向けに大量・高精度な金属部品の鍛造・機械加工を行ってきました。しかし、リーダーシップを維持し、時代の変化に適応するため、同社は高性能カーボンファイバー強化複合材部品を迅速かつコスト効率よく設計・生産し、鋼、アルミニウム、チタンを大幅に軽量化して置き換える技術に投資しました。先進複合材への展開を促進するため、Setforgeはハイブリッド製造ソリューションOEMの9T Labs AG（スイス・チューリッヒ）と早期にパートナーシップを結び、現在はフランス・ロルムにあるRed Series Additive Fusion Solutionプラットフォームで生産される新しい量産部品用途のスクリーニングを開始しています。

「彼らのRed Series Additive Fusion Solutionプラットフォームを選びました。これはソフトウェア、ハードウェア、サポートを組み合わせたオールインワンのソリューションです。Fibrifyソフトウェアにより、必要な箇所にのみ繊維を配置して部品を設計でき、市販の構造シミュレーションソフトウェアと直接連携しています」とSetforgeのR&Dプロジェクトマネージャー、ダミアン・フェリックス氏は説明します。「積層造形（AM）と成形の組み合わせはユニークです。再現性があり、コスト競争力のある構造部品を提供できます。9T Labsの複合材に関する専門知識は、適切な用途の特定と荷重に合わせた部品の容易な設計を支援します。繊維を緻密化して気孔率を低減する前に、必要に応じて金属インサートを配置することも可能です。その結果、高繊維比率・低気孔率で、鋼の4倍の比荷重を持つ完成済みのネットシェイプ部品が得られます。」

ニアネットシェイプで製造され、最適化された重量性能比と、他の高速カーボンファイバープロセスより高い機械的性能を持つ部品の市場有用性とは？Setforgeのディディエ・アンリ氏は、「アルミニウムやチタンが主流の市場、または強くて軽い部品が価値のあるあらゆる市場が対象です。これらの部品は、改善・軽量化・高強度化が必要な他の複合材部品の置き換えにも有望です」と答えます。

9T Labsのおかげで初のカーボンファイバーAM生産能力を構築したSetforgeは、年間最大5,000個のカーボンファイバー複合材部品（最大サイズ350×270×250mm）を生産可能になりました。2023年以降に生産能力が拡大するにつれ、年間10万個への増産と部品寸法の拡大を見込んでいます。

「Red Seriesでは、自動車や航空宇宙など既存市場での金属部品から複合材への置き換えを提案するだけでなく、ラグジュアリー、スポーツ、医療、外骨格（ウェアラブルなエルゴノミック・リフトアシストシステムなど）、ドローンなど新市場への革新的ソリューションも提案したい」とフェリックス氏は付け加えます（「9T Labs、医療・航空宇宙用途でのAMを評価」参照）。

9T Labsのハイブリッド先進製造技術により、困難な小型〜中型サイズと厚肉セクションにおける高性能構造部品が、カーボンファイバー強化熱可塑性樹脂複合材（CFRTP）で、年間100〜10,000個の生産量で製造可能です。3Dプリント（設計自由度、部品複雑性、繊維配向の制御）と金属型による圧縮成形（短サイクルタイム、高生産率、低ボイドの優れた表面仕上げ、高い繰り返し精度と再現性）を組み合わせることで、両方の長所を兼ね備えたハイブリッド生産システムを実現しています。

同社の特許取得済みRed Series Additive Fusion Solutionプラットフォームは、繊維積層とプリフォーム製造を行うBuild Module（3Dプリンタ）と、プリフォームの緻密化と最終成形を行うFusion Module（コンパクトな圧縮プレス）で構成されます。ハードウェアは9T LabsのFibrify設計スイートでサポートされます。このソフトウェアにより、CADファイルのインポート、部品設計と繊維積層の最適化、主要な市販構造解析プログラムへの移行による構造性能の検証が可能です。これにより、部品設計、試作・試験、性能・コスト目標に近づけるための設計変更というコストと時間のかかる「作って壊す」サイクルが排除されると9T Labsは述べています。その結果、部品をより速く、より低コストで市場に投入できるようになります。

このシステム全体で、CFRTP複合材を用いた高複雑性の構造部品を、初期試作から大量生産まで、迅速・効率的・安定的・コスト効率よく製造できます。さらに、実績のある業界標準材料（高性能ネート（非強化）およびカーボンファイバー強化ポリアミド12（PA12）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリエーテルケトンケトン（PEKK）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK））を使用することで、厳しい環境下で金属を置き換えられる軽量構造複合材部品を、低廃棄物、改善されたバイ・トゥ・フライ比、高いR&Rで安価に製造できます。熱可塑性樹脂マトリックスは溶融再処理可能なため、スクラップ材と部品をリサイクルでき、複数の3DプリントサブアセンブリをFusion工程で溶接統合できます。