次世代複合材料デジタル成形プロセス CFRP 3Dプリンタ技術の最前線

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」の開発が進んでいる。複合材料3Dプリンターは,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。さらに、ニアネットシェイプでの成形が可能であり、トリム等の二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という特徴がある。 　本講演では、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. 複合材料 (CFRP) とは
   1. CFRP のしくみ
   2. CFRPの力学特性
2. 複合材料3D プリンター開発の背景
   1. 熱可塑性樹脂複合材料
   2. Automated Tape Laying (ATL) とAutomated Fiber Placement (AFP)
   3. 3D プリンターの国内・海外市場動向
      • 売上
      • シェア
      • 適用箇所
3. 3D プリンターを利用した複合材料成形
   1. 自動車および航空機業界における3D プリンターの利用
   2. 複合材料成形ツーリングとしての利用
   3. プリント成形品の材料強度の異方性
   4. PEEK3D プリンター
4. 連続炭素繊維複合材料3D プリンター
   1. 従来3D プリンターの課題
   2. 強化の方法
   3. 繊維切断
   4. プリントされた材料の強度
   5. サンドイッチ構造一括プリントと評価
   6. 想定される用途
   7. 実用化に向けた課題
5. 短繊維系複合材料3D プリンター
   1. 力学的特性
   2. 大規模3D プリンター (自動車のプリント)
   3. エポキシ系短繊維3D プリンター
   4. 短繊維含有フィラメントの種類と市販状況
6. 連続繊維複合材料3D プリンターの海外動向
   1. 海外の取り組み
      • MarkForged 社
      • Anisoprint 社
      • 他、多数紹介
   2. 織物複合材料3D プリンター
   3. CFRP3D プリント製品化の例
7. 光硬化系複合材料3D プリンター
   1. 短繊維と光硬化の組み合わせ
   2. 連続繊維と光硬化の組み合わせ
8. デジタル成形プロセスと機械学習の適用
   1. 3Dプリント曲線繊維方向最適化
   2. 機械学習データ収集のための3Dプリントハイスループット実験
   3. 機械学習活用によるプロセス・設計の最適化
9. 関連知財の紹介
   • ボーイング
   • MarkForged
   • Arevo など
10. 課題と今後の展開
    1. 機能 (電気回路、アクチュエータ) の3D プリント
    2. オンライン3D プリントプラットフォーム
11. まとめ
• 質疑応答