連続繊維を使用した3D印刷複合材

CW MarkForgedがSolidWorksWorldカンファレンスでMarkOneプリンターをリリースした2014年（2014年1月26〜29日）以来、連続繊維強化3D印刷複合材料について書いています。次に、アレボと、ロボットアームを介したz方向や輪郭に沿ったものなど、連続繊維を使用した多軸印刷の開発について説明しました。今年は、Orbital Compositesと、Composites TechnologyCenterとの連続繊維複合材の印刷におけるその取り組みについて書きました。

ただし、2012年から連続合成で印刷している会社があります。 CW 2017年1月にContinuousComposites（Coeur D’Alene、ID、US）に関する短いサイドバーを実際に公開しましたが、その成果についてはもっと長い議論に値します：

• アラミド、ガラス（GF）、炭素繊維（CF）、銅、ニクロムワイヤーなどの連続繊維を使用して、3次元で印刷します。 および光ファイバー 。
• UV硬化性熱硬化性樹脂を使用して、高速印刷と宇宙へのサポートなしの印刷を可能にします 。
• オートクレーブ外の複合材製造とロードパスの最適化を可能にします
• AutoDesk University2017でデモンストレーションされた 3Dプリント 、マルチマテリアル （チョップドCF / ABSシェル、連続GF /エポキシトラスフレーム）ラダー 印刷された光ファイバーを完備 感知できる 温度、圧力、加速度の変化を伝えます および電気伝導率 。

すべての画像のソース：連続合成

CF3D

「私たちは、複合材料の力と高度なロボット工学を使用した3D印刷プロセスを組み合わせています」と、ContinuousCompositesのCEOであるTylerAlvarado氏は述べています。同社は、Continuous Fiber 3DPrintingをCF3Dとして商標登録しています。 「CF3Dはヘッド内にファイバーを含浸させ、材料の堆積直後に硬化します」と彼は説明します。 「私たちは制限されていません 2Dスライスを介して印刷する そのため、繊維をあらゆる方向に離散的に配向させることで、複合材料の異方性特性を最大限に活用できます。」

Alvarado氏は、顧客の用途に合わせて熱硬化性樹脂を調整することも可能であると述べています。たとえば、弾性率の向上、あるいは靭性、さらには耐火性などです。 CF3Dは、熱可塑性樹脂を使用した印刷にも適しています。 連続複合材料は、同じ構造の熱硬化性材料と熱可塑性材料の両方を使用した印刷を実証しています 。

「私たちは 50〜60％の繊維量を達成しています 」と語るAlvaradoは、その 変数を追加します。 圧縮 印刷されたラミネートのは、プリントヘッドに組み込まれています。 「私たちが自由空間で構造を印刷しているとき、私たちはツールに対して圧縮していないので、統合は異なります。構造物の最初のパスはサポートされていないため、押すものがないため、圧力はほとんど必要ありません。ただし、後続のレイヤラーでは、圧縮のために圧力をかけることができます。」

2016年と2017年に、ContinuousCompositesはロボット製造セルを構築しました と モーションコントロールの増加 ボリュームを構築します。すべての3D印刷と同様に、ソフトウェアは機械の動きのコードを生成します。ただし、CF3Dではツールパスの生成が大きく異なるため、ContinuousCompositesは独自のソフトウェアを開発しています。 「2Dスライスのスタックに制限されなくなったため、既成のソリューションは継続的なファイバーツールパスの生成には機能しません」とAlvarado氏は説明します。 CF3Dソフトウェアは、樹脂硬化、必要に応じたプリントフィラメントの切断、および圧縮圧力の制御のためのUVライトも自動化します。

「新しいプリントヘッド 私たちが開発したものははるかに活発です」とAlvaradoは言います。 「私たちの新しいエンドエフェクタには、適応型張力があります。 および樹脂供給の動的制御 。」

Alvaradoによると、CF3Dは 16トウ幅で印刷できます 12Kカーボンを使用 トウとエポキシ樹脂。 1％未満の気孔率の3層の厚いサンプルを生成しました そして111ksiの平均引張強さ。この機械的試験は、米国国防総省の請負業者向けの2017年のプロジェクトの一環として実施されました。 「私たちは改善を続けており、まもなく200ksiを超えると予想しています」とAlvarado氏は主張します。 「また、航空宇宙インテリアアプリケーションの火災、煙、毒性（FST）テストも完了しました」と彼は付け加えます。

センシング構造

CF3Dテクノロジーは、多機能複合構造の印刷を容易にします。例：連続銅線を印刷して電子機器に電力を供給したり、連続ニクロム線を印刷して氷結防止アプリケーションに熱を埋め込んだり、連続光ファイバーを印刷してリアルタイムの構造ヘルスモニタリング（SHM）や複合材料の性能最適化に使用したりできます。構造。

Continuous Compositesは、2017年に上記のデモエアフォイルを印刷しました。

• 継続的 翼型の上から下までサポートされていない状態で印刷されたガラス繊維サポートトラス。
• 継続的な銅線の電力供給 最先端のLEDライト。
• 防氷用のニクロム線 前縁に。
• 光ファイバー データの収集に使用できる上部皮膚にあります。

2017年11月、Continuous Composites、Form Forge（Portland、OR、US）、AutoDeskが協力して、センシングコンポジットラダーを作成しました。 毎年恒例のAutoDeskUniversityカンファレンスでのLivreaYacht（イタリア、パレルモ）との「MakingWaves」展示の一部として。

舵の高さは約4.5フィートで、20％のチョップドカーボンファイバー強化ABS が印刷されています。 （アクリロニトリルブタジエンスチレン）シェルまたはスキンには熱可塑性プラスチック、構造トラスサポートには連続ガラス繊維。チームはまた、高度な光ファイバーを印刷しました 舵に。

完成した舵は、AutoDeskUのスタンドに展示されました。「聴衆に触れさせました 、およびラダーのセンサーは 5ギガバイトを収集しました 2日間のデータ、追跡温度 、加速 およびストレスの変化 、」アルバラドは語ります。 「この機能を組み込むことで、構造のパフォーマンスを収集および分析して、リアルタイムのヘルスモニタリングとパフォーマンスの最適化を実現できます。」

少し考えてみてください。レーシングヨットのラダーとフォイルは、実際のデータを計算流体力学（CFD）分析にフィードバックできるようになりました。 個々の構造物の設計と全体的なボートの性能をインテリジェントに最適化するための設計ソフトウェア。そしてもちろん、舵とホイルは代わりに航空機や自動車の構造物である可能性があります。

「CF3Dテクノロジーを複数の材料および複数の積層造形モードと組み合わせる能力を実証したかったのです。 1つのセルに」とAlvaradoは言います。彼は、熱硬化性樹脂を調整する柔軟性は、連続繊維で使用される樹脂を接着するように変更することによっても実証されたと述べています。 チョップドファイバー/ ABSに。

製造業の未来

Continuous Compositesは、CF3Dの将来のビジョンにおいて大胆です。このテクノロジーは、現地での製造とアメリカの製造業の復活を可能にするだけでなく、より持続可能なへの道でもあると考えています。 生産プロセス。 「当社の技術は、従来の複合材料製造方法に見られる多くの問題を解決します」とAlvarado氏は言います。 「ファイバーの敷設を全方向に自動化し、設計の可能性を広げ、高価な金型、オートクレーブ、オーブンの必要性を排除しました。」彼は、これらの制約を取り除くことにより、CF3Dは複数のコンポーネントを単一の印刷部品に結合し、機能をすべて単一の製造プロセスに組み込むことができると付け加えています。 「私たちの技術は、多くの産業を混乱させる新しい新しい製造方法です。」

Alvaradoは、Continuous Compositesがさまざまな企業と協力して、テクノロジーエコシステムを開発していると述べています。 OEM、機械ベンダー、ロボット工学インテグレーター、材料サプライヤー、ソフトウェア会社を含みます。 「私たちは7つの特許を取得しており、76の非暫定があります。 出願中の特許出願と追加の11 暫定 250を超える特許を取得する特許出願中 および特許出願中の概念 。私たちはテクノロジーの開発を続けており、テクノロジーの展開を模索しています 航空宇宙、自動車、防衛、建設など、あらゆる業界の企業に提供されます。」