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3Dプリントカーボンファイバー:世界的不足の中、アルミニウムに代わる優れた選択肢

アルミニウム不足が新素材需要を駆動

2021年初頭以来、アルミニウム価格は50%以上急騰。市場アナリストはこの傾向が今後少なくとも2年間続くと予測し、多くの業界で供給制約を生んでいます。

Jyske Bankによると、世界的な不足は3つの主要ドライバーから生じています:刺激策による消費支出の増加、アルミニウムを必要とする持続可能技術の急成長(風力タービン、電気自動車など)、中国の生産拡大と国内消費増加です。

なぜ3Dプリントカーボンファイバーが論理的な代替なのか

Markforgedのカーボンファイバー技術は、従来アルミニウムから切削されていたコンポーネントに説得力のある代替案を提供します。カーボンファイバーは、当社の強化繊維の中で最高の強度重量比を誇り、短繊維コンポジットOnyxの6倍の強度と18倍の剛性を持ちます。

Onyxのようなコンポジットベース材料と組み合わせた連続繊維強化により、6061-T6アルミニウムに匹敵する性能の部品を製造可能です。材料は極めて剛性が高く、強靭で、複雑な形状を自動プリントできるため、最適化された軽量設計を実現します。

カーボンファイバーとは?

カーボンファイバーは、直径5-10ミクロンの結晶ストランドを形成する密に詰まった炭素原子で構成されます。製造時、数千本のストランドがトウに束ねられ、熱可塑性または熱硬化性マトリックスと統合されてエンジニアリングコンポジットが作られます。

主な利点:

実用的なアルミニウム代替としてのカーボンファイバー

連続繊維強化(CFR)により、カーボンファイバーはアルミニウムの強度に匹敵しながら、優れた剛性、衝撃耐性、耐熱性、耐久性を付加します。

CFRは設計者に柔軟性を提供します:部品内の繊維量と配置を指定し、正確な荷重経路に合わせて補強を調整できます。

カーボンファイバー特性 vs アルミニウム

6061-T6アルミニウムと比較して、3Dプリントカーボンファイバーは曲げ強度重量比で50%向上、引張性能で300%向上を実現。曲げ強度540 MPaを達成し、アルミニウムの480 MPa未満を上回ります。

詳細な測定値は包括的な強度データシートをご覧ください。

カーボンファイバー3Dプリントの仕組み

Markforgedプリンターはまず、短繊維カーボンファイバーを含む熱可塑性樹脂Onyxを用いて、溶融フィラメント造形(FFF)で外殻とインフィルを構築します。次にセカンダリノズルが長繊維CFRをインレイし、荷重要件に基づいて周囲、主要特徴、またはレイヤー全体を選択的に強化します。

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リソース

3Dプリント

  1. カーボンファイバー:組成・製造プロセス・未来への応用
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  4. カーボンファイバーvsアルミニウム:設計に最適な材料選び
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