マイクロナノ3Dプリンティング：従来のセラミック製造の限界を打ち破り、新しい材料の可能性を解き放つ

出典: MF Precision

セラミック材料は、優れた耐高温性、耐腐食性、良好な化学的安定性を備えているため、機械工学、化学工業、電子通信、バイオメディカルなどの多くの分野で広く使用されています。しかし、射出成形、乾式プレス、ゲル射出成形などの従来のセラミック加工方法は、金型への依存度が高く、統合された複雑で精密なセラミック製品の迅速な製造のニーズを満たすことができません。従来のセラミック加工技術と比較すると、セラミック積層造形技術は、金型に過度に依存する従来のセラミック加工の限界を打ち破り、金型を使わずに完全にパーソナライズされたセラミック製品を迅速に生産でき、構造設計の自由度が高く、インダストリー4.0を構成する多くの破壊的技術の1つと考えられています。

創造から始めて、誰も見たことのない新しい場所を探索しましょう<br /> Global Market Insightsが2024年8月に発表した市場調査レポートによると、セラミック3Dプリント市場は2023年に6,170万米ドルと評価され、2032年までに3億6,500万米ドルに達し、年平均成長率は11.5%になると予想されています。このデータは、セラミック3Dプリント市場はまだニッチ市場であるものの、大きな成長の可能性と将来の発展の幅広い見通しがあることを示しています。

現在、高度なイノベーションを原動力として新たな生産力の育成を加速するという戦略的背景の下、莫芳精密公司は積極的に国家の要請に応え、科学技術イノベーションを継続的に深化させ、新素材の研究開発と応用範囲の拡大に力を入れ、積層造形技術の産業化のペースを加速し、わが国の製造業のグレードアップに強力な技術サポートを提供しています。

近年、BMF Precisionは材料科学の分野で目覚ましい成果を上げており、アルミナ、ジルコニア、ポリマーSiOCセラミック前駆体など、独自に開発したさまざまな新しいセラミック材料を次々と発売しています。これらの材料は、市場の選択肢を豊かにし、製品の性能指標を向上させるだけでなく、航空宇宙、バイオメディカル、電子通信などのハイテク分野での幅広い応用の見通しも示しています。

超高印刷精度、優れた比強度、高いセラミック収率、複雑で高精度な部品の加工性、そして均一性が高く、内部応力が低く、高精度なセラミックグリーン部品を製造できる BMF 精密マイクロナノ 3D 印刷技術の独自の能力が相まって、エンジニアリング分野や極限環境におけるセラミック材料の広範な応用が大きく促進されました。

精度を重視し、マイクロとナノのギャップを埋める
5Gミリ波通信技術の登場により、基地局フィルターは小型化、軽量化、複雑な形状、低誘電損失の方向へと発展してきました。フィルタのサイズと形状の設計のニーズを考慮すると、適切な誘電率、超低誘電損失、ほぼゼロの共振周波数温度係数を備えたマイクロ波誘電体セラミックが、ミリ波通信の第一の選択肢となっています。

中南大学の劉少軍の研究グループと河北工業大学の胡寧のチームの程立金は、MicroArch精密投影マイクロステレオリソグラフィー（PμSL）技術（microArch® S240、精度：10μm）を使用して、高性能で高精度のMg2TiO4マイクロ波セラミックスを作製することに成功し、処理パラメータ（レーザー出力、露光時間、層の厚さ）が処理精度と誘電特性に与える影響を明らかにしました。最終的に、品質係数142,000GHzのMg2TiO4マイクロ波セラミックスが作製されました。
DOI: 10.1016/j.addma.2023.103413

PμSL 3D 印刷技術は、任意の構造と優れた誘電特性を持つ Mg2TiO4 セラミックをカスタマイズして印刷できます。この技術は、円筒形および四角形の柱の配列、およびフィルター基板構造（円筒の最小直径は 440 μm、層の厚さは 40 μm）を印刷することができます。印刷セラミックスの品質係数 Q·f は最大 1.5×105 GHz (従来の乾式プレスで形成されたセラミックスの値に近い) に達し、最大誘電率 εr は 14.3 です。

DOI: 10.1016/j.addma.2023.103757

機能性セラミックスの3Dプリント製造の分野において、この新しい製造方法は大きな進歩を遂げ、多くの技術的問題を効果的に解決しました。従来の3Dプリント機能性セラミックスでは、サンプル精度が不十分、密度が低い、誘電特性が従来の成形方法より劣るなど、成形プロセスに欠陥があることがよくあります。この製造方法は、技術革新を通じてこれらのボトルネックの問題をうまく克服しました。

この進歩は、小型で高性能なフィルターの製造に対する強力な技術的サポートを提供し、5G/6G通信分野における高性能フィルターの需要を満たす上で大きな意義を持ちます。

生命の名の下に復興の光を描き出す 上海交通大学の研究チームは、BMF microArch® S240（精度：10μm）高精度3Dプリント装置を使用して、生体活性ガラススキャフォールドの作成に成功しました。

このスキャフォールドは、グラフェン酸化物 (GO) を表面に安定して均一に固定するための特殊なプロセスを採用しています。これを基に研究チームは、骨髄幹細胞、静脈細胞、サイトカインを足場に接種して培養し、マウスに移植した。実験結果によると、スキャフォールドは毛細血管と骨組織の形成を効果的に促進することができ、その中でも BG/0.5% GO スキャフォールドは骨再生の促進において純粋な生体活性ガラス (BG) スキャフォールドよりも大幅に優れていることが示されました。

この研究により骨組織の再生が成功し、骨欠損の臨床治療に新たなアイデアと方法が提供されました。このスキャフォールドは、その優れた性能に基づき、将来の臨床診療において骨欠損の治療に使用され、患者により効果的な治療オプションを提供することが期待されます。
DOI: 10.1016/j.compositesb.2023.110673

さらに、BFM Precisionの歯科修復分野における画期的な最終応用成果は、最小厚さ40μmの「極薄で強靭な歯科用ベニア」です。この技術進歩は、義歯修復技術を従来の「侵襲的」治療から「非侵襲的」治療へと大きく転換し、歯科修復治療の技術レベルとサービス品質を大幅に向上させました。

特筆すべきは、BFM Precisionのこの革新的な成果が、国家重点研究開発計画の重点特別プロジェクトによってサポートされたことです。このプロジェクトは、「超薄型で強力なセラミック義歯マイクロ立体光硬化付加製造技術と設備」と呼ばれています。このプロジェクトの実施を通じて、BFM は我が国の口腔医療分野における技術革新をさらに推進し、臨床研究と診療の統合を強化し、より先進的で効率的かつ正確な歯科修復ソリューションを提供することで、我が国の口腔医療サービスの全体的なレベルを継続的に向上させ、国民の口腔の健康に貢献していきます。

現在の先進セラミック製造の分野では、積層造形技術が最も有望な主要開発方向の 1 つとなっており、その独自の微細成形能力はセラミック部品の製造に革命的な新しい機会をもたらしています。この技術は、製品の精度と複雑さを向上させるだけでなく、材料の使用効率も最適化します。今後、技術の徹底的な研究開発とコストの段階的な削減により、セラミック積層造形技術の応用分野は大幅に拡大すると予想され、市場の潜在力の解放と産業規模の拡大が大きく促進されるでしょう。

このような状況において、BFM は、より効率的で、より洗練され、よりコスト効率の高いセラミック部品の製造を実現するために、機械工学、通信工学、航空宇宙、バイオメディカルの分野に前例のない設計の自由度と性能の向上をもたらし、材料科学と技術革新の限界を押し広げることに引き続き取り組んでいきます。

マイクロナノ3Dプリンティング：従来のセラミック製造の限界を打ち破り、新しい材料の可能性を解き放つ

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