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立体造形

連続繊維で強化したCFRPを3Dプリンターによって成形する方法(連続炭素繊維複合材料3Dプリンター技術)

東京都

スーパーレジン工業株式会社

2020年4月20日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 3Dプリンターによる連続繊維複合材立体部材の製造技術開発研究
基盤技術分野 立体造形
対象となる産業分野 医療・健康・介護、航空・宇宙、自動車、建築物・構造物
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、高性能化(既存機能の性能向上)、高性能化(耐久性向上)、高性能化(小型化・軽量化)、高効率化(同じ生産量に対するリソースの削減)、高効率化(工程短縮)、高効率化(人件費削減)、低コスト化、デザイン性・意匠性の向上
キーワード CFRP、3Dプリンタ、熱可塑
事業化状況 研究実施中
事業実施年度 平成26年度~平成28年度

プロジェクトの詳細

事業概要

現状の3Dプリンターは、熱可塑性樹脂(または強化粒子添加樹脂)を熱溶解積層造形するため、強度が低く航空宇宙・自動車用構造部材には向かない。樹脂を補強するために強化材料を混ぜた複合材料の3Dプリンター製作実績はほとんどない状況。こうした状況下、これらの課題を解決する連続炭素繊維を同時に積層する3Dプリンター(すなわち、連続炭素繊維複合材料3Dプリンター)技術の確立を目指す

開発した技術のポイント

連続繊維で強化したCFRPを3Dプリンターによって成形する方法(すなわち、連続炭素繊維複合材料3Dプリンター)技術の確立、3Dプリンターによって製造された部材の力学的、品質特性の評価を実施する
(新技術)
3Dプリンターを用いて、強化材料を混合した複合材料、CFRTP部品の製造
(新技術の特徴)
金型や治具などを使用せずに複雑な3次元形状を短時間で造形可能で、部品内部の繊維配向を任意に制御することによってさらなる軽量化も実現

具体的な成果

・3Dプリンターノズル内で、連続炭素繊維束に熱可塑性樹脂を融解・含浸させ、吐出する方法を開発し、引張試験片や円筒形など各種形状について試作を行った
・炭素繊維切断機能の導入については、ロータリーカッターによる繊維切断機構を導入し、さらに3Dプリンター制御基板ArduinoとG-codeを用いて自動的に繊維配向やCFRTPの切断を制御しながらのプリントに成功した
・炭素繊維複合材料を表皮材、ABSをコア材とした軽量高剛性サンドイッチ構造のプリント試作を行い(図1)、さらにより軽量化を目指すためコア材としてハニカム形状とするサンドイッチ構造のプリントを実施した(図2、図3)
・実現した3Dプリントされた複合材料の表面は、従来の樹脂3Dプリンターの表面性状よりも優れていた

(図1)樹脂をコアとしたサンドイッチ構造
(図2)ハニカムコアサンドイッチ材コア形状一筆書きプリント
(図3)表皮材プリント
知財出願や広報活動等の状況

【知財出願】
特願2017-172942 
発明の名称「三次元造形物成形システム」

【メディア】
2016年6月27日、日本経済新聞、「炭素繊維プラ、強度2倍強 東京理科大など3Dプリンター開発」
2018年9月19日、化学工業日報、「スーパーレジン工業 3D印刷で成形 連続繊維タイプCFRP」

研究開発成果の利用シーン

CFRP3Dプリンター
・金型や治具などを使用せずに複雑な3次元形状を短時間で造形
・部品内部の繊維配向を任意に制御することによるさらなる軽量化
・連続繊維を強化材に用い、その補強効果を十分に発揮させる

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

大学との共同研究開発を進めている。

提携可能な製品・サービス内容

設計・製作、素材・部品製造、製品製造、共同研究・共同開発、技術ライセンス

製品・サービスのPRポイント

・ニアネットシェイプでの成形が可能
‐トリム等の2次加工が最小限で済む
‐原材料費や環境負荷の低減
・金型費を賄うことのできない小ロットの機械部品にも対応可能
・CFRP化による商品開発を実現できなかった医療介護分野への展開

今後の実用化・事業化の見通し

実用化に向けて研究開発を進め、新しい軽量立体造形部品の販売に繋げていく

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 スーパーレジン工業株式会社
事業管理機関 学校法人東京理科大学
スーパーレジン工業株式会社
研究等実施機関 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
学校法人日本大学
国立大学法人東京工業大学

サポイン事業者 企業情報

企業名 スーパーレジン工業株式会社(法人番号:2013401001910)
事業内容 先端複合材料の研究開発・製造・販売所
社員数 151 名
生産拠点 津久井工場(神奈川県)
本社所在地 〒206-0822 東京都稲城市坂浜2283
ホームページ http://www.super-resin.co.jp/
連絡先窓口 経営戦略室 梅本知裕
メールアドレス t_umemoto@super-resin.co.jp
電話番号 042-331-3611