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TDK TDK Electronics

ピエゾテクノロジー

2019年6月26日

プラズマによる強力な接合

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プラスチック部品の強固な接合には表面処理が不可欠です。低温大気圧プラズマによる活性化は、シンプルで洗練されたソリューションです。TDK Electronicsの子会社であるRelyon Plasma社は、TDK CeraPlasピエゾプラズマ発生器をベースにした小型プラズマ発生装置、piezobrush® PZ2を提供しています。

3Dプリントはすでに、産業界と民間セクターの両方で確立された製造技術とみなされています。この付加製造プロセスの重要性が増しているため、それに応じて品質、材料の多様性、製品の堅牢性に対する要求も高まっています。 

Relyon Plasma社は、3Dプリントを含むさまざまな用途での低温プラズマによる表面活性化を長年にわたって研究してきました。また、3DプリントサービスプロバイダーのCreabis社は、寸法600mm以上の大きくて複雑な部品を製造しています。これらの大きなサイズで3Dプリントを利用する場合、まず個々のパーツがプリントされ、それから接合されます。最大の接合面積を持つように接合部の形状を事前定義し、それを実際に接合することは、大きな挑戦となります。利用可能な接合面が非常に少ない細長い部品の場合、接合強度が特に重要になります。接合強度は、接着剤を塗布する前に低温プラズマによる表面活性化によって最適化することができます。

プラズマ処理を用いたこの表面活性化は、2つの主な効果に基づいています。それらは、表面の細かな洗浄による有機汚染物質の除去、および接着剤の濡れ性の向上のための表面エネルギーの増加です。

piezobrush PZ2は、Relyon Plasma社の効率的でコンパクトな携帯プラズマ発生装置で、特別な専門知識や複雑なインフラストラクチャを必要としません。これは、3Dプリント部品の接合準備に最適です。この携帯プラズマ発生装置の中核をなすのは、低温大気圧プラズマを生成する高電圧放電デバイスのCeraPlasピエゾプラズマ発生器です。

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図 1:

プラスチック表面を活性化するためのRelyon Plasma社の小型のpiezobrush PZ2。

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図 2:

TDK CeraPlasは、piezobrush PZ2の主要コンポーネントで、低温大気圧プラズマを生成するために使用。

個々の部品のプラズマ活性化による接着性の向上

Creabis社の2つのアプリケーションは、3Dプリント部品の処理にpiezobrush PZ2を使用するメリットを強調しています。革新的な小型電気車両シリーズの室内ドアトリムは、Creabis社によって粉末焼結積層造形法(SLS)によって充填剤を添加していないPA12から4つの個々の部分に3Dプリントされます。次に、これらの部品を低温プラズマで活性化し、シアノアクリレート(スーパーグルー)で接着します。部品がまだ活性化されている間、約1時間後に最終段階として二液型接着剤で構造的に接合します。

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図 3:

左から右:3Dプリントで作成されたドアトリムの4つの個々の部分。piezobrush PZ2による表面活性化。接合して完成したトリム。

Creabis社のオーナーであるRalf Deuke氏は、プラズマ技術の使用に大きなメリットがあると考えています。「piezobrush PZ2を使用することで、これまでは考えられなかった部品の接合という可能性が広がります。」これは特に2番目のアプリケーション例に当てはまります。レース用のオートバイトリムは、3Dプリントを使用した12個の個別部品を、piezobrush PZ2で前処理した後に接合して作成されています。実現した接着強度のゆえに、オートバイに取り付けられたトリムは200km/h以上の速度にも耐えることができます。内部試験によれば、プラズマ技術で処理された部品は未処理部品の3倍の接着強度があります。

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図 4:

このオートバイのトリムは、3Dプリントで製造された12個の個別部品で構成されている。Piezobrush PZ2による接合面の活性化のおかげで、接着強度は表面活性化がない場合よりも3倍強い。

Relyon Plasma社およびCreabis社はどちらも、3Dプリントにおけるプラズマ技術のアプリケーションがさらに多くあると確信しており、今後とも協力を強化していきます。

piezobrush PZ2の仕様 

電源接続110 - 240 V / 50 - 60 Hz, 15 V DC
消費電力最大 30 W
重量170 g
デザイン電源ユニット付きのハンドヘルドデバイス、ファン内蔵
プラズマ温度<50 °C
典型的な処理距離2~10 mm
典型的な処理時間5~20秒