連続繊維製造：3Dプリンティングと先進ファイバー加工の融合

連続繊維製造（CFM）は、モイ コンポジッツ（イタリア・ミラノ）が特許を持つ3Dプリンティング/連続繊維堆積プロセスです。同社は2018年2月、材料工学教授マリネッラ・レヴィ、設計エンジニア ガブリエレ・ナターレ、建築家ミケーレ・トニッツォによって設立されました。ポリテクニコ・ディ・ミラノでレヴィが設立した協働3Dプリンティングハブ「+LAB」からスピンオフしました。

CFMは2015年に特許取得し、2016年にアトロポスプロジェクトで実証されました。これはクーカ産業用ロボットを用いて、連続ガラス繊維/エポキシプロペラブレードをプリントしたものです。ブレードは内部トラスと外殻を備え、多軸ラミネート（0°、45°など）と非線形軸に沿ったファイバー配置の両方を示しています。モイ コンポジッツは、コマウロボットと1.0×0.5×0.8mの造形エンベロープを持つ第2世代システムを開発しました。「より大型のロボットとロータリーテーブル、より大きな造形ボリュームも使用しており、我々の技術が容易にスケーラブルであることを実証しています」と共同創業者トニッツォ氏は語ります。「現在、UV硬化型エポキシ、アクリル、ビニルエステルでプリント可能ですが、UV硬化に縛られることはありません。」ガラス繊維2400テックスまでと玄武岩繊維は非常に良好にプリントできており、現在は炭素繊維での作業を進めています（UV硬化樹脂ではありません）。電気伝導性繊維でのプリントも可能で、主にガラス繊維を用いて生物医学、海洋、石油・ガス、航空宇宙用途のパーツを製造しています。また、ファイバーへの加圧システム、センサー、切断機構、フライス工具を備えた第3世代オールインワンプリントヘッドも開発中です。トニッツォ氏によれば、これは3Dプリンティングと自動ファイバープレイスメント（AFP）のギャップを埋めるものです。「3DプリンティングはAFPの性能には及びませんが、CFMはより柔軟性があります。既に0.25mm厚の繊維でプリントでき、曲線を作り、連続繊維を理想的な位置に配置する能力があります」と同氏。

ハイブリッド加工はモイ コンポジッツがすでに探求している概念で、成功例の一つが「スペリオール」軽量・低たわみ下肢義足です。この義足は、プリントされた連続ガラス繊維内部コアを、ハンドレイアップ・真空バッグのみで硬化させた炭素繊維布/エポキシ外皮で覆った構造です。「設計全体がたわみを減らし、カスタマイズ性を高めながら、コストと製造時間を大幅に削減します」とトニッツォ氏。

この最適化の一部は、デジタル設計とワークフローによって生み出されます。オートデスク ソフトウェアにモイ コンポジッツの応力とパス最適化アルゴリズムを組み合わせて使用し、構造荷重とファイバー堆積プロセスの両方に最適化されたファイバーパスを生成します。

CFMは、+LABで探求されている多様な材料と設計革新に開放されています。調整可能な弾性応答を持つ3Dプリント インフィル パターン、セメントのように振る舞うジオポリマーなどの新規マトリックスでのプリントなどです。モイ コンポジッツがCFM技術をさらに前進させる中で、プリントヘッドとマシンを販売するのか？「はい、しかし将来的には」とトニッツォ氏。「現在は、自社のノウハウ、プリントヘッド、ソフトウェアを用いてクライアントの施設でパーツを製造し、オンデマンドでパーツソリューションを実現しています。また、CFMマシンとプロセスを商用市場機会に向けてさらにスケールアップするため、投資家も募っています。」

詳細はブログ参照 | short.compositesworld.com/cfm_moi.