3Dプリンターを利用した複合材料成形と応用展開

セミナー趣旨

　従来の複合材料成形は熟練した職人のノウハウに頼る所が大きく、金型も必要とするため、短期間での多品種生産が困難であった。一方、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課題がある。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。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。
(1)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。
(2)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。
(3)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。また複合材料の3Dプリントが可能となれば、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となり、アナログであった複合材料成形を刷新する次世代複合材料デジタル成形プロセス (Composites 2.0) が実現されると予想されている。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。

【キーワード】
CFRP,3Dプリンティング,アディティブマニュファクチャリング,複合材料,炭素繊維

【講演ポイント】
軽量高強度な部品の立体造形が可能な連続炭素繊維複合材料3Dプリンターの特徴、従来技術との比較、用途展望などについて紹介します。

【習得できる知識】
複合材料3Dプリンターに関する世界的な研究開発動向および技術

セミナープログラム

1 複合材料（CFRP）とは
　1.1 CFRP のしくみ
　1.2 CFRPの力学特性

2 複合材料3D プリンター開発の背景
　2.1 熱可塑性樹脂複合材料
　2.2 Automated Tape Laying（ATL）とAutomated Fiber Placement（AFP）
　2.3 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
　3.2 自動車および航空機業界における3D プリンターの利用
　3.3 複合材料成形ツーリングとしての利用
　3.4 プリント成形品の材料強度の異方性
　3.5 PEEK3D プリンター

4 連続炭素繊維複合材料3D プリンター
　4.1 従来3D プリンターの課題
　4.2 強化の方法
　4.3 繊維切断
　4.4 プリントされた材料の強度
　4.5 サンドイッチ構造一括プリントと評価
　4.6 想定される用途
　4.7 実用化に向けた課題

5 短繊維系複合材料3D プリンター
　5.1 力学的特性
　5.2 大規模3D プリンター（自動車のプリント）
　5.3 エポキシ系短繊維3D プリンター
　5.4 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
　6.1 海外の取り組み（MarkForged 社、Arevo 社他多数紹介）
　6.2 織物複合材料3D プリンター
　6.3 CFRP3D プリント製品化の例：CFRP ワッシャー

7 光硬化系複合材料3D プリンター
　7.1 短繊維と光硬化の組み合わせ
　7.2 連続繊維と光硬化の組み合わせ

8 3Dプリント曲線繊維方向最適化

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

11 まとめ（質疑応答）

セミナー講師

東京理科大学　理工学部　機械工学科　教授　松崎　亮介　氏

【経歴】
2003年3月 東京工業大学 工学部 機械宇宙学科 卒業
2004年3月 東京工業大学大学院 理工学研究科 機械物理工学専攻修士課程修了
2007年3月 東京工業大学大学院 理工学研究科 機械物理工学専攻博士課程修了
2007年4月 東京工業大学大学院 理工学研究科 機械物理工学専攻 助教
2011年4月 東京理科大学 理工学部 機械工学科 講師
2017年4月 東京理科大学 理工学部 機械工学科 准教授
2022年4月 東京理科大学 理工学部 機械工学科 教授

【研究歴】
2004年 知的構造・構造ヘルスモニタリングに関する研究
2007年 複合材料成形に関する研究
2008年 インモールド成形よる複合材料機能化に関する研究
2013年 複合材料3Dプリントに関する研究

【受賞】
日本機械学会機械材料・材料加工部門 部門一般表彰（新技術開発部門）、日本非破壊検査協会 新進賞、日本機械学会奨励賞（研究）、強化プラスチック協会 協会賞（論文賞） 他

セミナー受講料

【1名の場合】44,000円(税込、テキスト費用を含む)
2名以上は一人につき、11,000円が加算されます。