3Dプリント複合材部品、航空宇宙・建設向け自己検知損傷検出を実現

 

ブライトランズ・マテリアルズ・センター（オランダ・ヘレーン）は、自己検知機能を持つ3Dプリント複合材部品を開発しました。自己検知は、航空宇宙、建設、ヘルスケアなどの分野で重要構造物を監視する機会を創出します。

 

自己検知とは

自己検知とは、材料が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能力です。カーボンファイバー強化ポリマー・マトリックス複合材は、連続繊維の電気抵抗の測定可能な変化に基づく自己検知能力をすでに提供することが確立されています。このような材料は、航空機と建設用途（橋梁、建物を含む）での構造ヘルス・モニタリング（SHM）向けに開発・実証されています。

従来、このような自己検知複合材料は、複数段階、より複雑な操作、特殊装置を伴う技術で製造されてきました。ブライトランズ・マテリアルズ・センターは、連続カーボンファイバーの自己検知と積層造形による製造を組み合わせ、SHMアプリケーションをよりコスト効率よくし、より広範な使用と新規アプリケーションへの拡大を可能にしています。

 

連続繊維3Dプリントが新たな地平を開く

積層造形は、連続カーボンファイバーの非常に精密な位置決めと配向を可能にします。したがって、繊維を製品内部の選択した位置に配置し、指定された荷重経路に沿った必要な強度と剛性を提供し、構造の不可欠な一部とすることができます。これは、カーボンファイバーが構造を監視するための「センサー」として必要な場所に配置され、複数のファイバーが部品全体に一連の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・マテリアルズ・センターは、歩行者用複合材橋梁のスケール・モデルとシンプルな曲げビームでの変形監視により、この概念を実証しました。両方ともアニスプリント（ルクセンブルク・エシュ・シュル・アルゼット）コンポーザーA4複合材3Dプリンターでプリントされました。「新しいアニスプリント・システムに特に満足しています。印刷材料の選択の高い自由度と繊維堆積の完全な制御を提供するからです」と、ブライトランズ・マテリアルズ・センターの研究エンジニア、ガイ・ベックスは述べています。繊維配置の自由度は、センシングにも不可欠です。連続カーボンファイバーが部品から突出して、監視用電子ハードウェアへの接続を作る必要があるためです。

 

より精密な3Dプリント結果

3Dプリントは工具や金型を必要としないため、従来の複数段階技術より複雑で時間とコストがかかる手法を置き換え、任意形状の連続繊維強化複合材をワン・ステップで製造できます。しかし、3Dプリント構造の製造プロセス最適化には複数回の反復が必要な場合があります。自己検知機能を持つ3Dプリント複合材は、実際の使用状況に関する情報を収集でき、新製品の設計と試作段階で重要です。

このようなテスト中、自己検知3Dプリント部品は実使用環境で経験する実際の条件と力を记录し、設計者とエンジニアにより精密な理解を提供します—プリント部品が耐えなければならない実際の要件について。

このようなセンシングは、部品を診断ツールとして機能させることも可能にします。例えば、3Dプリント自己検知装具や義肢部品が患者をガイドし、ストレス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かもしれません。

 

研究パートナー

ブライトランズ・マテリアルズ・センターは、オランダ応用科学研究機構TNO（ハーグ）とリンブルグ州によって設立された独立研究センターです。強い応用焦点で産業界のイノベーションを支援し、3Dプリント自己検知複合材の研究ロードマップを含む専門契約研究と参画を提供しています。

アニスプリントは、アニスプリント—最適複合材構造の設計と生産のための連続繊維3D堆積技術—の発明者です。同社は3Dプリンター、材料（カーボンとバサルトファイバー基盤）、ソフトウェアを製造し、科学者が研究問題を新しいより効果的な方法で解決し、製造企業がコストを削減できるよう支援しています。