炭素繊維複合材料用3Dプリンターの最新技術

従来一般に利用される熱可塑性樹脂積層3Dプリンターは、樹脂自体の力学的特性が著しく低く、試作模型や玩具の製作としての利用が主体であり、航空宇宙・自動車用途製品レベルの構造を作製できない。自動車・航空宇宙用構造にも適用可能な高強度立体造形を目的として、連続炭素繊維をその場で樹脂と複合化し立体造形する「炭素繊維複合材料3Dプリンター」を開発が進んでいる。連続炭素繊維複合材料3Dプリンターは、以下の優れた特徴を持っており、新しい構造材料の製造方法として大きな可能性を有している。

• 多品種の構造強度部材をCADデータのみから容易に成形が可能であり、軽量化が強く求められる分野の研究開発を加速できる。
• 繊維配向の最適化により炭素繊維の持つ卓越した力学的特性を最大限に発揮できる。
• ニアネットシェイプでの成形が可能であり、トリム等の2次加工が最小限で済むため、原材料費や環境負荷の低減にも効果的である。

　これらの特徴のため、特に高強度部材が要求される航空宇宙・自動車用の構造部材の生産、アイソグリッド構造などの従来成形が困難であった複雑形状部材の生産、多品種・高剛性・迅速な入手が要求される機械加工などのための治具、少量多品種生産が求められる義足やアシストスーツなどの医療・介護分野といった分野に適用が進むと予想される。 　本講座では、炭素繊維複合材料3Dプリンターに関わる最新技術について、その特徴、従来技術との比較、用途展望などについて紹介する。

1. 研究開発の背景
   1. 3Dプリンターの種類
   2. 3Dプリンターの市場動向
   3. 従来3Dプリンターの課題
   4. 炭素繊維複合材料および成形の概要
   5. 炭素繊維複合材料成形の課題
2. 炭素繊維用 3D プリンターの特徴
   1. 概要
   2. 強化の方法
   3. 繊維切断
3. 従来技術との比較
4. 炭素繊維用 3D プリンター技術の紹介
   1. 海外の取り組み (MarkForged社MarkOne他)
   2. 国内の取り組み (産学連携プロジェクト、研究会の紹介等)
5. 使用可能材料
   1. 炭素繊維
   2. ガラス繊維
   3. ジュート繊維
   4. ナノ材料
6. 形状・繊維配向最適化技術
   1. 繊維配向最適化
   2. 曲線積層最適化 (Tow-steered composites)
   3. 形状配向同時最適化
7. 用途展望
8. 関連知財の紹介
9. 課題と今後の展開
   1. 課題
   2. Composites 2.0
   3. Composites 3.0以降