今期の高分子材料の付加製造に関する特集号の客員編集者Klaus Friedrich教授・博士が2021年5月末に亡くなりました。彼の死が国際複合材料界の大きな損失であることは間違いありません。複合材料科学者として有名なフリードリヒ教授は、論文、書籍、専門記事も多数発表し、世界で最も多く引用されている研究者の1人となっています。2005年に国際複合材料委員会から「世界会員」と認められました。長年にわたり、私が彼から学んだ最も魅力的な点は、彼が最新の学問の最前線で活躍するようになった探求と革新の絶え間ない精神でした。Friedrich教授は、優れた科学的業績に加えて、その経営とリーダーシップでも知られています。彼は複合材料研究所の国際的な評判に大きく貢献しました。1990年から2006年までドイツのカイザースラウテルン大学（IVW）で材料科学研究部長を務め、2006年に名誉教授に就任しました。

私の記憶の中では、Friedrich教授はとても親切で気前がよく、いつも他人のことを気にかけたがる紳士です。例えば、私が1990年代にIVWで研究していたときに、いろいろな面で十分に助けてくれたことをとても温かく感じました。それ以来、彼から貴重なアドバイスを受けてきたし、そのことにいつも感謝しています。2017年には、雑誌Advanced Industrial and Engineering Polymer Researchの創刊号に向けて、新雑誌の順調な発展に欠かせない「トライボロジー応用のためのポリマー複合材料」（https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2018.05.001）と題する高品質な総合記事を執筆することに同意しました。昨年、彼はさまざまな国の3Dプリンティング分野の主要な専門家を招き、ポリマー工学の先端の進展の1つをタイムリーに反映したこの特集号を企画することを約束しました。さらに2021年3月下旬には、何らかの技術的な問題について編集室とやりとりしていました。彼の仕事への情熱、個性、魅力は永遠に残っています。

Friedrich教授は残念ながら特集号の出版を見ることはできませんでしたが、友人や同僚の強力な支援を得て予定通りに出版されました。この論文集には招待論文6編と投稿論文2編があります。テーマは、3Dプリンティング素材の製造、新しい製造方法の開発、加工条件の影響およびさまざまな側面での応用などを含み、研究記事や総説として提出されています。読者がエキサイティングな分野について、比較的短時間で全体図を理解することができます。

最後に、この機会を利用して著者たちに感謝し、今期はFriedrich教授に感謝と記念を捧げたいと思います。

連続結晶格子作製は、新たに導入された繊維強化熱可塑性複合材料の付加製造方法であり、必要な場所に材料を堆積させることができます。この技術の成功は、支持構造を用いることなく、材料が押し出され平面から堆積される前に、緩い連続繊維強化複合材料が引抜成形金型を介して引き抜かれるプリントヘッドにあります。しかし、混繊糸などの現在の先端複合材料原料には、熱可塑性繊維と強化フィラメントが混在する潜在的な繊維構造のため、実現可能な材質や部品サイズに限界があります。二成分混合繊維は、個々の強化繊維が熱可塑性シースで被覆されているので、これらの限界が克服されます。これにより、空隙率や材質に悪影響を及ぼす時間のかかる繊維含浸工程がなくなります。

本研究では、二成分混合繊維と市販の混合糸を用いて、異なる工程条件で製造された引抜押出材の材質を比較しました。ガラス繊維を50〜60vol%含有する直径5mmのポリカーボネート複合異形材を、異なる金型充填度、金型温度および引抜速度で引抜成形する試験を紹介しました。その結果、二成分混合繊維から得られた引抜押出材は、混合糸から同じ条件で得られた引抜押出材よりも空隙率が低いことが分かりました。これは、二成分混合繊維の場合は熱可塑性シースのコンソリデーションが主体であり、混繊糸の場合はダルシー流れが主体である二成分混合繊維のコンソリデーション機構の違いによるものと考えられます。

超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）は独自の性能を持っていますが、メルトフローレート（MFR）はゼロ程度と極めて低く、標準的な方法によるポリマー加工に適していません。本文は異なる等位PP含有量のUHMWPE系二成分複合材料の摩擦学性質の研究を目的とします。複合材料の製造には、a）粉末混合物の熱圧着、b）粒子の熱間圧縮、およびc）3Dプリンティング（FDM）の3つの方法が使用されます。その結果、押出複合（粒子熱間圧縮及び3Dプリンティング）により作製されたUHMWPE系複合材料は、粉末混合物の熱圧着により作製されたUHMWPE系複合材料よりも、機械的性質およびトライボロジー特性（耐摩耗性、摩擦係数、ヤング率、降伏強度）が優れていることが分かりました。「UHMWPE+20%PP」複合材料は、広い荷重範囲にわたって必要なメルトフローレート（MFR）および高いトライボロジーおよび機械的性質を維持するのに最も効果的です。整形外科用摩擦ユニットの複雑形状製品（関節部品）の付加製造の原料として推奨されています。

高分子レーザー焼結（LS）は、付加的な支持構造を必要とせずに、高度な機械的性質を持つ複雑な構造部品を製造できるため、最も有望な材料製造技術の1つです。好ましくはLSに用いられる半結晶性熱可塑性プラスチックは、材料が溶融状態と固体状態の両方に存在するようにするために、ある範囲の表面温度で加工する必要があります。最も一般的な処理モードによれば、これらの高温は構築段階を通じて一定に保たれています。従来の技術では、冷却時間が高く、組立品の可用性が遅れていました。

本文は技術適応方法、フィールド試験と数値シミュレーションを通じて、模型の理解を深めた材料適応技術策略がこの欠陥を克服できることを証明します。これらの策略は、ポリアミド12の結晶化および凝固が高温および準等温条件下で、パウダーベッド表面の下の数層に開始されることに基づいています。したがって、等温結晶化とコンソリデーション挙動の分析は、プロセスに適合した材料特性に対応しています。レーザ加工中の温度場の部品の断面、層数およびプロセスパラメータによる変化を分析し、加工した部品の性能と関連付けました。また、部品の冷却を制御することにより、部品の熱履歴を均一にすることが可能であることをシミュレーション手法により強調しました。著者は、材料に関連する凝固挙動が幾何学と層に関連する温度場の関数として考慮されなければならないことを指摘し、材料と部品の性能に大きな影響を与えることを証明しました。これらの発見から、LSプロセスを高速化してより均一な部品特性を有する部品をより早期に得ることを可能にする、レーザ露光プロセスおよびZ方向の成形チャンバの温度制御のための新しい処理戦略が生まれました。

局所的に曲げ可能な固体板は、1回の3Dプリンティング操作で、単一の材料である短い炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を用いて製造されます。局所的に曲げ可能なCFRP板は、中実部と折り曲げ可能部とからなり、2段重ね構造でシームレスに接合されています。湾曲部は平行十字構造、ソリッド部は100%充填構造を採用しています。平行断面構造の主桁角度を変更することにより、構造物の曲げ性能を制御することができます。中実板に比べて曲げ剛性が98%近くに低下しています。循環曲げ試験により、局部的に曲げ可能なCFRP板は可逆的な曲げ変形を生じることがわかりました。曲げ剛性は約8～14%低下しました。しかし、100回曲げ変形しても、目に見える損傷が認められていませんでした。

溶融フィラメント製造（FFF）は、前に堆積された溶融フィラメントの上、または隣接位置に溶融フィラメントを堆積させて、構造部品の構築を形成する付加製造方法です。本研究の目的は、プロセス-構造-性能の関係を理解し、FFFプロセスに関連するプロセスパラメータ（堆積速度と押出温度）を最適化するために、印刷された単層フィルムを使用して個々のフィラメント間の融着度を特徴付けることです。脆性ポリ乳酸（PLA）と延性ポリプロピレン（PP）を材料とし、押出温度（200℃〜260℃）と堆積速度（30mm/s〜90mm/s）の異なるFFFを用いて、平行堆積方向に鋭い亀裂を有する単層の二重端面切欠き引張（DENT）試料を作製しました。PPの延性破壊靭性の指標として、破壊靭性（K_c）は、PLA脆性破壊の臨界荷重における臨界応力強度因子と本質的破壊仕事（W_e）と定義されています。その結果、本方法は溶融結合に対するFFFプロセスパラメータの影響を決定するのに有効なツールであり、単一フィラメント間の溶融結合の程度に対する破壊靭性（PLAのK_cまたはPPのW_eのいずれか）の強い感受性を示すことが明らかになりました。