新しいDLP技術3Dプリント大型セラミック材料、佛山光莱インテリジェント製造

3Dプリントセラミックの流行は徐々に到来しているのでしょうか?アンタークティック・ベアは、自社の技術とアプリケーションが画期的な進歩を遂げ始めていることを発見しました。

△3Dプリントハニカムセラミックシート

陶磁器は私たちにとって馴染みのないものではありません。古くて新しいテーマです。私たちがよく知っている秦の煉瓦や漢の瓦、唐の三彩、宋の磁器、清の磁器など、どれも古代人の知恵を示しています。中国には陶磁器の歴史が長く、広州から始まる古代の「海上シルクロード」は「陶磁器の道」とも呼ばれていました。陶磁器は中国の発展において重要な位置を占めており、外国人は中国を「チャイナ」と呼ぶほどでした。しかし、中国の陶磁器は清朝末期から衰退し始めました。

現在では、家庭用タイル、洗面台、トイレ、セラミックナイフ、高級セラミックジュエリーなどの大型のものから、セラミック部品、セラミック時計、磁器歯、ファインセラミックスなどの小型のものまで、あらゆるサイズのセラミック製品が私たちの生活のあらゆるところで見られます。 5G時代の携帯電話やその他の電子製品の背面パネルはセラミック素材に置き換えられるため、近い将来、私たちはセラミックに近づくことになるでしょう。Xiaomiが発売した最新の携帯電話はセラミックカバーを採用しています。現代セラミックスは、電子工学、生物学、省エネ・環境保護、新エネルギー、航空宇宙などの幅広い分野に徐々に発展しています。しかし、現代セラミックスの分野では、フランスのサンゴバン、日本の京セラなど、依然として外国企業だけが先行しており、国内企業は依然として遅れをとっています。

では、これらのさまざまな陶磁器製品はどのように作られるのでしょうか?通常、セラミック原料を特定のバインダーと混合し、さまざまな成形プロセスを使用して特定の形状を作り、その後、脱脂と焼結を実行して必要な製品を形成します。

セラミック原料には、粘土などの一般セラミック材料、アルミナ（Al2O3）、酸化ジルコニウム（ZrO2）、整形外科などで使用されるハイドロキシアパタイト（HAP）、歯科などのバイオセラミックス（TCP）、窒化ケイ素（Si4N4）などの特殊セラミック材料があります。これらのセラミック材料は通常、非常に細かい粉末に粉砕され、バインダーと混合されてから、形に成形されます。

セラミック成形プロセスは、セラミックブランクを特定の機械的強度を備えた指定されたサイズと形状のグリーンボディにすることであり、セラミック製造における重要なプロセスです。従来の典型的なセラミック成形プロセスには、乾式プレス、半乾式プレス、塑性成形、テープ鋳造、スリップ鋳造、等方圧プレスなどがあります。
セラミック材料は、ユニークな特性、巨大な市場、幅広い用途を備えています。

しかし、複雑なセラミック構造の場合、従来のセラミック製造方法では不十分であり、3Dプリントセラミック技術が必要です。

△3Dプリントセラミックアプリケーション

現在、5～6 種類の 3D プリントセラミック技術が知られていますが、その中でも商業化されている主なものは、オーストリアの LITHOZ 社の LOM 技術、フランスの Prodways 社の DLP-LED ライト技術、フランスの 3DCeram 社が発表したレーザーラピッドセラミック製造 (FCP) 技術です。これら 3 つの技術はいずれも紫外線を使用して、感光性樹脂を含むセラミックスラリーを硬化させます。主な違いは、光源の種類、投影方法、およびスラリーを層ごとに塗布する方法にあります。
主な違いは次のとおりです。

透明容器を通してDLP UV光を投影し、セラミックスラリーを固める（オーストリア、オランダ、米国）。
ホブスクレイピングスラリー+DLP投影硬化（フランス）、高粉末比率、小さな焼成収縮。
上記技術は、Al2O3、ZrO2、HAP、TCP、Si4N4超微粉末+感光性樹脂の混合スラリーを使用し、現在の最大印刷プラットフォームは300×300平方mmです。
熱可塑性粘土を層状に堆積させ（ベルギー）、粘土ベースのセラミックストリップを使用して複雑な形状の芸術的な陶器を作ることができます。
セラミック粉末を層ごとにレーザー溶融および焼結（米国、中国） - 研究開発段階。

△3Dプリントアルミナセラミック携帯電話カバー

国内の研究は主に大学や研究機関に集中しており、主に清華大学（オーストリアのLITHOZ装置）が使用しており、そのほとんどはDLP投影を使用しています。広東理工大学も最近研究を開始しました。広東省には、新しいセラミックススラリーや新しい用途を開発するためにヨーロッパの機械を購入した企業（2016年12月末、深セン上場企業のGuangyundaがフランスの3DCeram装置を購入しました）や大学もあります。

△3Dプリントアルミナセラミック歯

現在、海外のセラミック3Dマシンが次々と中国に進出しており、北京世偉科技、東莞智偉、深セン長浪3Dなど、国内企業も開発を進めている。

佛山光莱智能製造有限公司は、DLP 技術に基づく新しい 3D セラミック成形プロセスを提供しています。「光莱智能製造」は、従来のセラミックペーストを紫外線で硬化できるセラミックペーストに変えます。次に、セラミックペーストを紫外線で硬化させ、層ごとに印刷して、最終的に 3 次元のセラミック胚を形成します。下の図は、セラミック 3D 印刷の全プロセスを示しています。 Guanglei の 3D セラミックプリントは、従来のプロセスの制約から解放され、成形が容易で、従来のプロセスでは実現できない複雑な構造を生成でき、製造サイクルを大幅に短縮します。

△光硬化3Dプリントセラミック材料の主なプロセス

光雷智能製造の英語名は「CeraEPI」です。CeraはCeramicの略語、EPIはepitaxyの略語で、積層造形法に準じたセラミックのエピタキシャル製造を意味します。その体験コンセプトは、中国、セラミック、クリエイティブの3つのCです。同社は主に仏山市の陶磁器産業にサービスを提供しており、大型陶磁器印刷、陶磁器印刷材料、インテリジェント設備などのコア技術を多数有しており、実用的な陶磁器3D印刷技術を提供し、陶磁器産業化に必要な「高速、高精度、大型、低コスト」の陶磁器3D印刷ソリューションを業界に提供することに尽力しています。

△3Dプリントされた陶器の置物

△3Dプリントアルミナセラミック中空ブレスレット

△3DプリントLEDセラミック基板ヒートシンク（96アルミニウムと99アルミニウム）

現在、Guanglei Intelligent Manufacturing は、顧客のニーズに応じて、収縮率 (10-25%)、多孔度、密度 (90-98% TD) などの関係を柔軟に制御できます。セラミック粉末の体積比は現在の 40-50% から 55-80% に増加し、印刷サイズは 300mm*180mm まで拡張できます。

Guanglei Intelligent Manufacturing の Bingfeng Fan 博士によると、真のセラミック 3D プリントを実現するには 3 つの重要な要素があります。

特殊なセラミック 3D 成形装置が必要です。この装置は、流動性の低い、または流動性のないセラミックペーストを印刷できる必要があります。セラミック焼結では、良好な焼結品質を達成する必要があり、そのためには粉末とバインダーの比率が高い (> 60%) ペーストが必要であり、このペーストは一般に流動しません。
装置の光硬化セラミックペーストが必要です。セラミックペーストは、装置が使用する紫外線光源に適合し、その後の焼結プロセスで簡単に剥離できるものでなければなりません。
適合する焼結プロセスを開発する必要があります。

△3Dプリント多層セラミック材料

これら 3 つの要素がすべて結びついて初めて、セラミック 3D プリントが実現可能となります。また、この技術を早期に市場に導入するためには、セラミック粉末メーカーやセラミック応用メーカーと緊密に連携し、3Dプリントセラミック製品の生産効率向上やコスト削減に努めるとともに、3Dプリントセラミック材料が有利に働く特定分野での製品開発に努めていくことが必要である。

Guanglei Intelligent Manufacturing は仏山に拠点を置き、セラミック 3D プリントの 3 つの要素を備えています。ファン博士は、3Dプリントセラミック市場は巨大だが、技術的なハードルは非常に高く、成熟するには設備、原材料、焼結、粉末などの緊密な連携が必要であり、小規模企業がこの分野に参入することは推奨されないと述べた。3Dプリントセラミックは、国内の各方面の力を結集して対応する技術に取り組み、できるだけ早く産業化を達成するよう努める必要がある。