炭素繊維強化の技術的ルート
炭素繊維強化 3D プリント材料には、連続繊維複合ワイヤ (CF-CRF)、チョップドファイバーフィラーワイヤ、金属ベースの炭素繊維焼結という 3 つの主なルートがあります。その中でもCF-CRF技術は、炭素繊維束とナイロンまたはPEEKマトリックスを同時に押し出し、連続繊維強化構造を形成し、機械的特性を2～3倍向上させることができます。チョップドファイバールートは、特殊なノズルを備えた市販の一般的な FDM プリンターを使用して実現できます。コストは低くなりますが、強化範囲は 30 ～ 50% です。
異方性の特別な発現
炭素繊維強化複合材料の繊維方向の強度と弾性率は非繊維方向の強度と弾性率をはるかに上回り、これは従来の金属材料の等方性とは対照的です。部品を設計する際には、繊維の方向を主応力の方向に合わせる必要があります。これは、スライス ソフトウェアで繊維の配置角度を設定することで実現されます。複数の方向から荷重がかかる場合、繊維層を交互に配置することで、ほぼ等方的な機械的動作を実現できます。
機器の適応とコストの課題
連続繊維印刷には、専用のマルチチャネル押出機と高精度の繊維ガイド機構が必要です。設備コストは通常のFDMプリンタに比べて3～5倍かかります。カーボンファイバー研磨剤はノズルを非常に研磨します。真鍮製のノズルの耐用年数はわずか数時間です。硬化鋼またはルビーのノズルを使用することをお勧めします。量産における繊維配列の一貫性の制御には、保証としてプロセス検証サイクルが依然として必要です。