セラミックスラリーの凝固厚みと過凝固に対する固形分含有量の影響

セラミックスラリーの凝固厚みと過凝固に対する固形分含有量の影響
寄稿者: 劉暁東、連秦

光硬化性セラミックススラリーは、感光性樹脂に分散されたセラミック粒子で構成されており、感光性樹脂の機能は、セラミックススラリーの光重合反応を促進することです。セラミックスラリーの光硬化性能に影響を与える要因は、光開始剤の濃度、モノマーの運動パラメータ、セラミック粒子と感光性樹脂の屈折率差、投影深さ、固形分など、数多くあります。ジルコニアセラミックスの屈折率はアルミナセラミックスの屈折率より20%~27%高く、感光性樹脂の屈折率との差が大きいため、光が入射するとエッジ散乱効果が顕著になり、セラミック成形部品の凝固厚みや成形精度に影響を及ぼします。韓国の全南国立大学のKyoung-Jun Jang氏のチームは、DLP光硬化技術を使用して、異なる固形分含有量のジルコニアセラミックスラリーを形成し、異なる固形分含有量のセラミックスラリーの硬化厚さと過剰硬化現象を評価しました。

実験では、固形分濃度が48 vol%、50 vol%、52 vol%、54 vol%、56 vol%、58 vol%のジルコニアセラミックススラリーを調製した。スラリーに使用した原材料と物性を以下の表1に示す。異なる固形分を含むセラミックスラリーを、DLP 光硬化 3D プリンター (Meg Printer、Megagen、韓国) を使用して印刷しました。光出力密度は 30 mW/cm2、層厚は 25 μm に設定し、露光時間は 1 秒から 30 秒まで変化させました。

表1 原材料の組成と物理的性質 異なる固形分含有量を持つジルコニアセラミックススラリーの凝固厚さを異なる暴露時間で実験的にテストしました。過硬化試験モデルは、図1(b)に示すように、孔径250μmの多孔質板です。光学顕微鏡とImagejソフトウェアを使用して、異なる固形分を含むセラミックスラリーで形成された多孔質板の直径を測定しました。過硬化値は、形成された部品の直径とそのCADモデルの直径の差として設定されました。


図 1 ジルコニア成形部品 (a) 硬化厚さ (b) 形状 過硬化研究では、硬化厚さは固形分の増加とともに徐々に減少し、暴露時間の増加とともに増加することがわかりました。たとえば、固形分が 48 vol% のスラリーの場合、1 秒暴露後の硬化厚さは 53.98 μm、30 秒暴露後の硬化厚さは 190.24 μm です。固形分が 58 vol% の場合、1 秒暴露後の硬化厚さは 47.35 μm、30 秒暴露後の硬化厚さは 99.28 μm です。さらに、ジルコニアセラミック粒子とプレミックス液状樹脂の屈折率の違いにより、紫外線がセラミックスラリーに照射されると、光が散乱してエッジ散乱効果が発生し、過硬化につながり、成形部品の寸法精度が低下します。固形分が多いほど、過硬化現象は顕著になります。たとえば、固形分が48 vol%の場合、過硬化の程度は28.55%であり、固形分が58 vol%の場合、過硬化の程度は36.94%に達します。

参考文献:
Kyoung-Jun Jang、Jin-Ho Kang、Kumaresan Sakthiabirami。et al. デジタル光処理を用いたジルコニア体積率に応じた硬化深度と幾何学的オーバーグロースの評価[J]。ナノサイエンスとナノテクノロジージャーナル。1; 19(4): 2154-2157。

寄稿者: 劉暁東 連秦 寄稿者: 機械製造システム工学国家重点研究室

セラミック、光硬化、ソフトウェア

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