旭化成規劃利用纖維素奈米纖維(CNF)強化樹脂進軍3D列印量產材料市場。此品項為CNF與聚醯胺(PA)的複合材料。3D列印不需要投入成本高昂的模具設備,旭化成則希望掌握製造現場的前端對於這種製程的需求,加速市場開拓。CNF強化樹脂是一種在PA中添加CNF所製成的線材,兼具高速成形、低翹曲、尺寸穩定與高度耐熱等特點,同時具備優異的機械強度、良好的表面外觀以及柔韌性,其主要用途標的為工廠內部使用的固定具、工具等工業用途3D列印市場。
在生產體制方面,旭化成會自行負責CNF主要製程,已在日本國內生產據點設置專用設備,此外也會有部分製程運用外部資源完成。未來將會活用既有工程塑膠事業建立的供應網路,彈性擴張供應規模。CNF的特色在於採用棉短絨作為原料,而沒有採用木材原料。由於棉短絨幾乎不含木質素,因此CNF的耐熱性較佳,也克服了過去CNF與PA複合化的困難。此外,透過將CNF高度均勻分散於樹脂中,使材料在擠出後呈現提升黏度的觸變性,進而提升3D列印過程中的形狀維持能力。即使不使用支撐材料,也能形成橋接或懸空結構,有助於提升列印精度。
另外,由於CNF屬於奈米級材料,本身較為柔軟,因此與碳纖維或玻璃纖維不同,不容易造成噴嘴磨損或堵塞。即使採用直徑0.2毫米的精細噴嘴,此種CNF材料也能與其配合,順利進行加工,因此可應用於精密零件製造。長期以來,列印速度、尺寸精度與機械強度一直都是3D列印產業普及化所需要克服的三大課題。旭化成的CNF複合材料具備同時改善上述三項性能的潛力,有望成為促進3D列印邁向實際量產運用的重要材料。事實上,在歐美與中國市場,利用大量設置3D列印設備的「3D列印農場(3D Printer Farm)」進行量產運用的模式已逐漸普及並形成市場。
在日本也已經開始有類似的發展動向。名古屋工藝已經設立了最多可以同時讓120台3D印表機同時集中運作的生產據點,打造無須模具即可少量生產多元化產品的製造體系,挑戰分散式量產的製造模式。利用多台3D印表機所建立的網路化、隨需生產3D列印農場,目前被視作可以兼顧低成本、短交期以及小批量生產能力的新型基礎製造設施,因而備受矚目。名古屋工藝同時也是旭化成CNF樹脂在日本的代理商,雙方正在合作推動材料評估與用途開發。
在製造現場的前端,模具的製作與保管成本都是沉重的負擔,因此市場對於僅針對所需數量進行生產的「無模具化」製造方式一直都有很強的潛在需求。目前已經有企業開始結合3D列印技術與高性能材料,嘗試解決此一課題。雖然在3D列印材料市場的削價競爭日益激烈,但旭化成希望透過性能面的差異化,在PA材料領域佔據一席之地。未來的計畫則是持續透過試售觀察市場反應,逐步找出正式商業化的具體方向。