セラミック3Dプリント技術とは何ですか?

陶磁器は、数千年の歴史を持つ、精巧で実用的な伝統的な無機材料です。セラミック材料は硬くて脆いため、加工や成形が特に困難です。従来のセラミック製造プロセスでは、単純な 3 次元形状の製品しか製造できず、コストと時間がかかります。

セラミック3Dプリント技術の発展により、複雑なセラミック製品の製造が可能になりました。操作が簡単、スピードが速い、精度が高いなど、3Dプリント技術の利点は、セラミックに新たな活力を吹き込んでいます。海外でも多くの研究が行われており、3DCeramやLithozなどセラミック3Dプリントに注力する企業も登場しています。現在、国内のセラミック3Dプリント技術はまだ十分に成熟していない。清華大学や西安交通大学などの科学研究機関が現在研究を進めており、Ten Dimension Technologyなど、挑戦する企業も現れている。

材料と用途 セラミック材料は、高強度、高硬度、耐高温性、低密度、良好な化学的安定性、耐腐食性などの優れた特性を備えた三大固体材料の1つです。現在、3Dプリントで作製される主なセラミックとしては、アルミナセラミック、ジルコニアセラミック、リン酸カルシウムセラミックなどがあります。

セラミック3Dプリントは、複雑な構造と高精度を備えた多機能セラミックを生産することができ、建築、工業、医療、航空宇宙などの分野で広く使用され、セラミックコア、整形外科用代替品、触媒などの分野で優れた応用見通しがあり、私たちの生活に大きな変化をもたらすでしょう。

原材料 成形技術と最終的な性能要件に応じて、適切な原材料が選択され、一般的にはセラミック粉末、バインダー、添加剤が含まれ、一定の割合で均一に混合されます。

3D プリント用のセラミック材料の形態には次のものがあります。
スラリーは、物理的または化学的手段によって形成されたセラミック成分とその他の溶剤および添加剤の混合物です。
溶融堆積プロセス用のセラミックワイヤ。
セラミック粉末、セラミック粉末、鉱化物、バインダーなどの混合物、レーザー焼結、接着などに使用される。
プレス成形され接着されたセラミックシート。

3D プリント 3D プリント技術を使用してセラミック部品を形成し、特定の形状と構造を持つセラミック本体を取得します。具体的な方法については、本文後半の各種セラミック3Dプリント成形技術の紹介をご覧ください。

グリーンボディの後処理 セラミック本体は洗浄、表面強化、修復、乾燥などの後処理が行われ、本体の強度、精度などの特性が要件を満たしていることが保証され、その後の熱処理プロセスに役立ちます。

脱脂および焼結 そのままのグリーン体を炉内に入れ、設定された温度システム、焼成雰囲気、圧力に従って熱処理します。このプロセスは、2 つの段階に分かれています。1 つは、600°C 以上に加熱してグリーン体中の有機物を除去する段階です。これは欠陥が発生しやすい非常に敏感な段階です。もう 1 つは、1000°C 以上に加熱して緻密化を達成し、セラミックを形成する段階です。これは、粒成長、粒界形成、セラミック強度の達成のプロセスであり、製品の最終性能を決定します。焼結が完了して冷却すると、最終的なセラミック製品が得られます。

セラミック 3D プリント技術 現在、セラミック 3D 印刷技術は、主にインクジェット印刷技術 (IJP)、熱溶解積層技術 (FDM)、積層造形技術 (LOM)、選択的レーザー焼結技術 (SLS)、およびステレオリソグラフィー技術 (SLA) に分けられます。これらの技術を使用して印刷されたセラミックグリーンボディは、高温での脱脂および焼結後にセラミック部品を得るために使用できます。それぞれの印刷技術は、成形方法や使用する原材料によって長所と短所があり、発展の度合いも異なります。

3Dプリントされた青と白の磁器の花瓶を発売
2018年のマイアミ/バーゼルデザインフェスティバルで、ギャラリーヴィヴィッドは、オリヴィエヴァンヘルプトがデザインし、「ブルーアンドホワイト」と名付けた青と白の 3D プリント磁器花瓶シリーズを展示しました。花瓶の高さは 70 cm です。花瓶の壁が非常に薄いのは、デザイナーが、印刷中に花瓶の形状を維持しながら硬い粘土の本体を挿入できる 3D プリンターを開発したためです。

有名なオランダのデルフト青磁は高価な中国磁器に取って代わり、手頃な代替品となりました。オリヴィエ・ファン・ヘルプトがこの青と白の磁器セットを制作しました。この花瓶シリーズは、デザイナーとその子供たちが開発した 3D プリンターを使用して、粘土を何層にも重ねて作られています。青い模様は人間と機械の相互作用を表しており、磁器は押し出し機に入る前にコバルトグリーンの顔料で手作業で着色され、その後 3D プリンターを使用して再形成されます。青と白の花瓶のコレクションは、ギャラリー VIVID 専用に制作され、2018 年のデザインマイアミ/バーゼルフェスティバルで展示されます。

出典：水流星陶磁博物館

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