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繊維強化プラスチック成形物の製造方法、これに用いるノズル及び3Dプリンタ NEW コモンズ

国内特許コード P180015720
整理番号 DP1761
掲載日 2018年11月29日
出願番号 特願2016-239221
公開番号 特開2018-094746
出願日 平成28年12月9日(2016.12.9)
公開日 平成30年6月21日(2018.6.21)
発明者
  • 松岡 敬
  • 平山 朋子
  • 越智 昭夫
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 繊維強化プラスチック成形物の製造方法、これに用いるノズル及び3Dプリンタ NEW コモンズ
従来技術、競合技術の概要 3Dプリンタによる造形は、付加製造法とも呼ばれ、材料を付着することによって物体を3次元形状の数値表現から作成するプロセスである。
その方式としては、熱溶解積層、結合剤噴射、指向性エネルギー堆積、材料押出、材料噴射、粉末床溶融結合、シート積層、液槽光重合などが知られている。
このうち、熱溶解積層方式は加熱溶融によりノズルを通過できる流動性を付与できるものであれば、原理的に材料を選ばない。

他方、繊維とマトリックス樹脂で構成される繊維強化プラスチックとして、従来、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化熱硬化性プラスチックが広範囲に適用されてきたが、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化熱可塑性プラスチックについても検討が進んでいる。

繊維強化熱可塑性プラスチックは、加熱溶融することにより流動性を付与することができ、また、冷却して固化させることができることから、上述の熱溶解積層方式の3Dプリンタで成形することができると考えられ、そのような提案が、実際に行われている。

例えば、連続繊維と熱可塑性樹脂とを別々に供給する熱溶解積層方式の3Dプリンタを用いて、繊維強化プラスチックを成形する方法が知られている(非特許文献1参照。)。
具体的には、連続繊維と熱可塑性樹脂フィラメントとを別々に供給し、プリンタヘッドのノズル内で連続繊維に熱可塑性樹脂を含浸させること(ノズル内含浸方式)が提案されている。

また、ナイロンとFRP(繊維強化プラスチック)をそれぞれ出力する2種類の出力を備えたプリンタ機構による連続繊維CFRP(炭素繊維強化プラスチック)の3Dプリンティングが提案されている(非特許文献2参照。)。
この方法では、一方からナイロン(登録商標)が出力され、他方から連続繊維にナイロン樹脂が予め含浸されたFRP(繊維強化プラスチック)材で構成されるFRPが出力される。
産業上の利用分野 本発明は、繊維強化プラスチック成形物の製造方法、これに用いるノズル及び3Dプリンタに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
3Dプリンタを用いて繊維強化プラスチック成形物を製造するに当たり、フィラメントとして、複数の連続繊維からなる強化繊維束と、熱可塑性樹脂からなり前記強化繊維束の周囲を覆う被覆層とを備える複合フィラメントを用いることを特徴とする、繊維強化プラスチック成形物の製造方法。

【請求項2】
前記複合フィラメントを加熱して前記被覆層を溶融させた加熱溶融物を3Dプリンタ用のノズルから吐出する際に、前記加熱溶融物を厚み方向に押圧して当該加熱溶融物内の前記強化繊維束を開繊する、請求項1に記載の繊維強化プラスチック成形物の製造方法。

【請求項3】
3Dプリンタ用のノズルとして、
下流側に向けて徐々に内径が縮小する縮径部と、
前記縮径部の下流側に設けられ、ノズル開口を外方に拡げる先端拡径部と、
前記先端拡径部のさらに下流側に設けられ、前記加熱溶融物を厚み方向に押圧して当該加熱溶融物中の前記強化繊維束を開繊する開繊部と
を備えるノズルを用いる、請求項2に記載の繊維強化プラスチック成形物の製造方法。

【請求項4】
成形材料として用いる前記複合フィラメントの断面積をX、前記縮径部の最下流における加熱溶融物の断面積をY、前記開繊部における成形物の断面積をZとするとき、X>Y>Zとなる条件で繊維強化プラスチック成形物の造形を行う、請求項3に記載の繊維強化プラスチック成形物の製造方法。

【請求項5】
請求項2に記載の繊維強化プラスチック成形物の製造方法に用いられる3Dプリンタ用のノズルであって、
下流側に向けて徐々に内径が縮小する縮径部と、
前記縮径部の下流側に設けられ、ノズル開口を外方に拡げる先端拡径部と、
前記先端拡径部のさらに下流側に設けられ、前記加熱溶融物を厚み方向に押圧して当該加熱溶融物中の前記強化繊維束を開繊する開繊部と
を備える、ノズル。

【請求項6】
請求項5に記載のノズルを備える、3Dプリンタ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016239221thum.jpg
出願権利状態 公開
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