HRLチームがポリマーセラミックスの3Dプリントを実現

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-9-18 11:50 に最後に編集されました。

3D プリント技術を使用することで、従来の成形技術では困難または不可能であったさまざまな複雑な形状のセラミック製品を製造できます。セラミック粉末をプラスチックなどのバインダーと均一に混ぜて必要な印刷材料を準備し、コンピューターの支援を受けて顧客が要求するさまざまな形状を設計し、プリンターで必要な製品を印刷することができます。そのため、3Dプリントセラミック技術は、科学研究者が注目する重要な技術開発方向となっています。

しかし、3Dプリントセラミック技術では、材料に小さな欠陥が生じることが多く、完成品にひび割れが生じやすくなります。主な原因は、原料に大量のバインダーが添加されているためです。3Dプリントプロセスでは、粉末がバインダーによって結合され、さまざまな形状のセラミックブランクが形成されます。この方法で得られたセラミックブランクは密度が低く、高温の焼結炉で焼結されます。焼結プロセスでは、バインダーが排出されて大量のガスが発生し、ひび割れが発生しやすくなります。そのため、セラミックの製造における 3D プリント技術の応用は、現時点ではあまり普及していません。

現在、アメリカのチームが3Dプリント技術により、高い歩留まりで比較的完成度の高いセラミック製品を得ることに成功しており、これらのアイデアは学ぶ価値があります。米国のHRL研究所の研究者らは、ポリマーセラミックスの3Dプリントを実現し、この方法を用いて高強度セラミック製品を製造した。 HRL 研究所の研究者たちは、まずセラミックに変換できる原材料を 3D プリントし、それをセラミック製品に加工するという新しいアイデアを採用しました。

HRL チームはまず、3D 印刷可能なセラミックポリマー前駆体を開発しました。これは、レーザー印刷後に加熱してセラミックに変換されます。このポリマー材料は、一般的なレーザー 3D 印刷技術をサポートしており、従来のステレオ選択レーザー印刷方法よりも 100 ～ 1,000 倍の速度で、より複雑なセラミックオブジェクトを印刷できます。

さらに重要なのは、HRL が発明した 3D プリントポリマーのセラミック強度が、現在市販されている発泡セラミックの 10 倍であることです。高強度、高耐熱性のセラミック材料は航空宇宙産業で重要な用途があることが知られています。セラミック部品は、翼パネルや軌道ロケットの内部構造など、宇宙船に大量に使用されています。

国防高等研究計画局（DARPA）は、宇宙船を大気圏再突入時に発生する熱から守るための断熱層として使用されるアブレーションセラミックシェルの開発契約をこのチームに与えた。

この方法は、将来、エンジンのタービンブレード、保護断熱材、新型ステルス兵器の吸収材、大型宇宙ミラー、宇宙ミラー支持構造など、航空宇宙分野で広く使用される可能性があります。これらの構造材料は形状が複雑な場合が多く、従来の技術方法では準備コストが高く、準備サイクルが長くなります。当社は、対応する構造材料に対応する前駆体ポリマーを見つけ、この3Dプリント技術を使用してこれらの問題を解決できます。

さらに、米国企業アメディカも、ロボット堆積（またはロボキャスティング）と呼ばれる3Dプリント技術を初めて使用して、複雑な窒化シリコンの3D構造を作成したと発表した。

機械的堆積は、高密度セラミックと複合材料を使用して高コロイド泥層を堆積させる成形技術です。このプロセスにより、バインダーの使用量が減り、セラミックは 24 時間以内に完全に焼結されます。

上記の利点を踏まえ、Amedica は現在、3D プリントされた窒化シリコンインプラントの商品化を進めており、この 3D プリントされたインプラントデバイスは、特定の臨床ニーズを満たすために多孔性レベルを制御することができます。この独自の製造プロセスは、シリコン窒化物インプラントの成形と製造に大きな可能性を秘めていると言われており、細胞分化と血管新生のための骨の足場を製造するためにカスタマイズすることもできます。

「機械堆積」と呼ばれる3D印刷技術は、窒化ケイ素の3D構造の製造に使用されます。この3D印刷技術は、脊椎インプラントや股関節インプラントなどの高品質の医療用インプラントの製造に使用できます。その利点は、インプラントが人体に入った後、有機骨の成長中に細菌が増殖しやすく、合併症を引き起こし、酸化ケイ素には抗菌作用があることです。同時に、インプラントと周囲の骨の間のバイオフィルムによるタンパク質、細胞、栄養素の吸収を減らし、骨の成長を促進することができます。

出典：中国科学普及局著者：陳建、中国科学院上海陶磁器研究所構造陶磁器工学研究センター参考文献：[分析] 陶磁器部品の3Dプリント技術の研究の進歩 [分析] 伝統的な陶磁器における3Dプリント技術の応用の進歩

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