金属セラミック複合3Dプリント技術が傾斜材料の工業的製造方法を覆す

最近、オーストリアの企業HAGEは、HAGE 1750Lオープンソース3DプリンターがFDM技術を使用して金属セラミック複合部品を印刷できることを正式に発表しました。現代のハイテクの飛躍的発展に伴い、材料科学の分野も絶えず変化し、ハイテクの発展に適応するさまざまな新材料が出現したため、勾配複合材料は材料分野に咲く新たな花となりました。勾配材料はこのニーズを満たすために生まれ、HAGEオープンソース3Dプリンターは従来のプロセスを打ち破り、新しい製造方法を形成しています。

一般的に、複合材料中の分散相は均一に分布しており、材料全体の性能は同じですが、場合によっては、同じ材料の両面が異なる特性や機能を持つことが望まれ、異なる性能を持つ両面を完璧に組み合わせて、過酷な使用条件下での性能の不一致による損傷を回避することが望まれます。スペースシャトルの推進システムで最も代表的なスクラムジェットエンジンを例にとると、燃焼ガスの温度は通常 2000°C を超え、燃焼室壁に強い熱衝撃を引き起こします。燃焼室壁の反対側は、燃料として使用される液体水素の冷却効果に耐える必要があり、その温度は通常 -200°C 程度です。このように、燃焼室壁の燃焼ガスと接触する側は極めて高い温度に耐える必要があり、液体水素と接触する側は極めて低い温度に耐える必要があり、当然ながら一般的な材料ではこの要求を満たすことはできません。そこで科学者たちは、高温にはセラミックスを、低温には金属を使うなど、金属とセラミックスを併用することを考えました。しかし、従来の技術を使用して金属とセラミックスを組み合わせた場合、両者の界面の熱力学的特性の適合性が低いため、極度の熱ストレスによって破壊されてしまいます。例えば、前述の燃焼室壁の場合、セラミックと金属の内部組成と微細構造の変化を連続的に制御することで、2つの材料の間に界面が現れなくなり、材料全体の耐熱応力性と機械的強度が向上するという新たな機能が得られます。

SDSプロセスフローチャート
HAGEは、この勾配材料を準備するためにSDS（成形・脱脂・焼結）プロセスを使用しています。このプロセスの基本プロセスと利点は次のとおりです。

1) 3Dプリントプロトタイプ（F3テクノロジーによる造形）
2) 樹脂除去（脱脂）
3) 焼結
4) 最終部分

SDSプロセスサンプル図
まず、SDS プロセスでは勾配材料を簡単に得ることができます。 SDS プロセスは、3D プリントと焼結を組み合わせた新しいプロセスです。粉末状にしてから焼結して形にできる材料であれば、SDS プロセスで作ることができ、セラミックや金属はこのプロセスの特性を十分に満たしています。

第二に、印刷面の品質が高いです。部品は最終的に MIM のような焼結方法によって得られ、その表面品質は従来の金属印刷よりもはるかに優れています。

3 つ目は、パフォーマンスが等方性であることです。従来の 3D プリントの原理によって制限されているため、Z 方向のパフォーマンスは XY 平面よりも弱くなります。 SDS プロセスを使用して製造された部品は等方性の性能を備えています。お客様は、使用時および設計時に異方性の問題を考慮する必要がなくなり、3D プリント金属部品の適用条件が大幅に改善されます。

最後に、SDS プロセスは耐火金属を印刷することができます。このプロセスでは、銅などの特殊な金属を印刷できます。

1750L 3Dプリンターのパラメータ出典: Huarong Precision

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