Wilo：繊維強化3Dプリント部品による性能向上

Wilo SEは、建築サービス、水管理チェーン全体、および産業用のポンプとポンプシステムの世界的なメーカーです。同社は、強力な知識基盤と将来の技術と市場要件に対する感覚に基づき、イノベーションを成功させてきた長い歴史を持っています。そのためには、R&Dに重点を置くだけでなく、仕事を成し遂げるための最高の設備が必要です。

Wiloが明日の製品を開発するために、3Dプリンティングとも呼ばれる積層造形などの最先端技術に取り組んでいることは驚くにはあたらない。あるプロジェクトでは、選択的レーザー焼結（SLS）を使用している。SLSは、複雑な形状、内部構造、薄い壁を持つ高品質の構造ポリマー部品を製造することで知られている。材料ロスのないツールレス生産、開発プロセスの短縮、射出成形部品に匹敵する機械的特性により、SLSは多くのワークピース、さらにはアセンブリ全体の代替に適している。さらに、中空形状の中には、粉末ベースの積層造形プロセスでしか実現できないものもあります。

SLSプロセスでは、レーザーを使用してポリマー粉末の粒子（small ）を局所的に溶融させて均質な層を形成し、これをパーツ全体が溶融するまで層ごとに繰り返します。パーツ全体が完成するまで、周囲のビルドチャンバーは材料を高温に保ち、結晶化を妨げる。その後、初めて部品が冷却される。このように、ポリマー粉末の正確な溶融・結晶化挙動を把握して、所定の材料のプロセス設定を定義する必要がある。

新製品に必要な特性をすべて備えた新材料を開発するためには、この熱挙動を理解する必要がある。

NETZSCH DSC214 Polymaソリューション

繊維強化の有無にかかわらず、すべての新素材の特性を NETZSCH DSC 214 Polymaを使用し、室温から溶融温度より70 K高い温度まで、20 K/分の加熱・冷却速度で動的測定を行った。得られたグラフとプロセスウィンドウを図1に示す。融解の開始と結晶化の開始の間のヒステリシスは、一般的に使用されるPA12よりも小さい。つまり、プロセスウィンドウは、PA12の約30Kに対し、約20Kしかない。

図2は、結晶化の開始に対するガラス繊維と炭素繊維の効果を示している。どちらの繊維（青：CF、緑：GF）も核生成サイトとして作用し、結晶化の開始をより高温にシフトさせるため、プロセス・ウィンドウがさらに狭くなる。このことは、Identify 、最適なビルド温度を決定する上で重要であり、プロセスの最適化には多くの専門知識が必要となる。溶融開始温度に近い温度では、周囲の固体粉末が高温の溶融部品に焼結し始める。この効果は横方向成長と呼ばれる。結晶化に近い温度では、反りが問題になることがあります。これはしばしばカーリングと呼ばれる。ガラス繊維と炭素繊維の結晶化開始の違いに関する説明の一つは、2つの異なる繊維の表面対体積比にあると考えられる。炭素繊維の直径は7μmの範囲であり、使用されるガラス繊維の直径は約11μmであることから、炭素繊維は、混合物中の同じ体積含有量に対して、核形成部位として作用する表面積をわずかに多く提供する。

対象物質の融解温度と結晶化温度間のヒステリシスが非常に大きい場合（small ）、等温結晶化試験を実施して結晶化速度をより詳細に分析したり、性質が似ている混合物を比較して最適なものを選ぶことができる（select ）。

SLSパウダーの特性評価について詳しくお知りになりたいですか？

以前の記事では、以下のトピックを取り上げました：

• 選択的レーザー焼結（SLS）はどのように機能するのか？
• DSCを用いてSLS粉末のプロセスウィンドウを決定する方法
• DSCを用いたSLS粉末の等温結晶化挙動の研究方法

ウィログループについて

ウィロ・グループは、ビルサービス、水管理、工業分野向けポンプとポンプシステムの世界有数のプレミアム・プロバイダーです。同社の革新的なソリューション、スマートな製品、個別のサービスは、インテリジェントで効率的、かつ気候変動に配慮した方法で水を移送します。また、持続可能性戦略やパートナーとの連携により、気候保護にも大きく貢献している（出典）。