中国科学院宇宙応用工学技術センターの研究チームは、INTAMSYS社製の高機能3Dプリンター「FUNMAT HT」を使用し、自らが開発したCF/PEEK複合材（炭素繊維強化PEEK）を研究し、とても興味深い研究成果を上げたと報告しました。

この研究は、国際的に有名なジャーナル「Polymers」に「Flexural Properties and Fracture Behavior of CF/PEEK in Orthogonal Building Orientation by FDM: Microstructure and Mechanism」というタイトルで公開されています。
執筆者は、博士課程の李秋実氏で、論文著者はアシスタント兼研究者の趙偉氏と王功氏です。

PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）は、機械的特性と耐薬品性に優れた熱可塑性ポリマーで、現在3Dプリンター業界に大きな影響を与えています。PEEKで造形された部品パーツは、宇宙衛星、航空産業、自動車部品、人体用インプラントなどの分野に応用されており、将来、他の分野にも導入される可能性がある材料です。
しかしながら、PEEKのほか非金属材料は、FDM方式3Dプリンターで造形するとZ軸の層間接着力が、X軸Y軸に比べて極めて弱く、用途が限られるというデメリットがあります。

趙偉氏と李秋実氏らは、CF（炭素繊維）を添加したフィラメントを、高機能3Dプリンター「FUNMAT HT」で出力し、Z軸の曲げ特性に対する影響を研究しました。結果、Z軸でも優れた機械的特性を持ち、146MPaの曲げ強度を得ました。
更に大きな成果として、従来の射出成形部品とほぼ同じ曲げ強度を得る事ができました。

プリント設定

名称	設定値
ノズル経	0.4mm
プリント温度	400℃
チャンバー温度	90℃
ベッド温度	160℃
プリント速度	15mm/s
積層ピッチ	0.1㎜
填充角度	+45°/-45°

図１.CF/PEEK複合材（炭素繊維強化PEEK）の造形プロセス

図2.炭素繊維の混合と印刷部品のZ軸方向曲げ特性の比較

研究者は、炭素繊維の添加が、造形物の剛性を向上させ、結晶性がより均一になることを見出したうえで、出力する方向によって造形物の微細構造と破壊モードに対する影響を分析しました。同時に、INTAMSYS社製3Dプリンターを使用し、出力方向とプリント設定を調整することにより、造形物は優れた機械的特性を持つほか、表面が滑らかになることも判明しました。

図3.「FUNMAT」3Dプリンターで造形したCF/PEEK複合材の脆性曲げ破壊断面のSEM（走査電子顕微鏡）

今回の研究では、複数の力に耐えられる造形物を作り上げる為に、普遍的な方法を取っています。これは混合成分、出力方向、微細構造などを調整すること実現できるもので、より大きな造形物を作成する際の指標となります。
更に、INTAMSYS社製3Dプリンター「FUNMAT HT」、スライスソフト「INTAMSUITE」を使用することにより、CF/PEEK複合材（炭素繊維強化PEEK）は、より高い適応性と機能性を持ち、PEEKは、耐高温の工業用部品、自動車、航空、宇宙産業以外の分野でも活用されることが期待できます。

中国デジタルものづくり情報サイト「南極熊」は、今回のPEEKのような複合材料による3Dプリンティング技術に、多くの製造業者が関わっていることに注目し、その優れた性能は多くのユーザーの関心を引き付けています。この明るい展望は、成熟したFDM方式 3Dプリンター業界に新たな活力を生み出してくれるかもしれません。

出典：https://mp.weixin.qq.com/s/TZww8nlYuEbWTMhNIXaGUQ