ジョンソン・マッセイはなぜセラミック 3D プリント工場を建設したのでしょうか?

3D プリンティング技術は先進材料の新たな応用機会を提供するため、世界で最も定評のある化学会社のいくつかは 3D プリンティングへの投資を開始しています。例えば、BASFはHPやEssentium Materialsと提携しています。BASFは近々独自の3Dプリント子会社を設立する予定で、SABICは3Dプリントメーカーとの材料協力を通じて積層造形の分野に参入しています。

英国の化学大手ジョンソン・マッセイ（JM）によれば、同社は8年前にさまざまな積層造形技術の研究を開始し、最終的にセラミックバインダージェッティングに興味を持つようになったという。最終的に、ジョンソン・マッセイはバインダージェッティングセラミック 3D プリント技術に焦点を合わせました。セラミック付加製造の取り組みの一環として、新しいセラミック付加製造施設が発表されました。

ジョンソン・マッセイがセラミック3Dプリント分野に参入するのは当然のことです。ジョンソン・マッセイはコーティング材料と触媒材料に中核競争力を持っています。同社のファインケミカルおよび触媒部門は、ファインケミカル、触媒、その他の特殊化学製品とサービスの世界的サプライヤーです。したがって、3D プリントセラミック材料はジョンソン・マッセイのコアとなる強みの延長です。

バインダージェット 3D プリントは、3D プリントで実現可能な多孔性や柔軟性の特性など、さまざまな理由からセラミック製造に適していることが証明されています。
-多孔質製品を製造できる
- 材料の柔軟性を可能にする
- サイズ制限が低い
- 他の積層造形技術よりも拡張が容易で、安価で高速

3D プリントで製造された多孔質セラミックは、表面機能化の基礎を提供するものであり、ジョンソン・マッセイがまさに必要としていたものでした。ジョンソン・マッセイはプロセスを拡大しており、大規模製造を可能にする最新設備を備えたパイロットプラントを設立した。

完全なソリューションとして、ジョンソン・マッセイは実際にすべてのコンポーネントを製造しています。ジョンソン・マッセイは、後処理と加工を統合することで生産プロセス全体を自動化する、後処理用のカスタマイズされた設備一式を備えています。

ジョンソン・マッセイはまた、セラミック付加製造のための新たな研究開発研究所の建設も発表した。この新しい研究所により、ジョンソン・マッセイは3Dプリンティングをより深く理解し、粉末やインクの特性を把握できるようになり、より迅速な開発とより効果的なソリューションを顧客に提供できるようになります。ジョンソン・マッセイは現在、最小 400μm の微細な特徴を持つセラミック製品を生産できるようになり、これは小型で複雑なセラミック部品の大規模生産にコスト効率の高いソリューションとなります。

新しい研究開発研究所は英国ロイストンにあり、以下のものが含まれます。
・使用環境に近い乾燥環境で粒子サイズ分布と形状を同時に測定できるQiCPic画像解析センサー。

- Freeman FT4 は、7 種類の異なるテストタイプが可能で、21 種類の異なる粉末特性を分析できる高度な装置です。

-PixDro インクジェットプリンターでは、すべての R&D プロトタイプとパイロットプラントに同じプリントヘッドシステムがインストールされています。

-粉体とインクの相互作用を測定できるミキサートルクレオメーター。

セラミック 3D プリント技術には独自の利点があると言えます。市場調査によると、現在市場で開発されている技術は、基本的にセラミック粉末とプラスチックバインダーを混合するものです。

ホットメルトプラスチックと混合

2016年、ドイツのフラウンホーファーセラミック技術研究所とIKTSシステム研究所は、整形外科用インプラント、義歯、手術器具などの医療製品だけでなく、マイクロリアクターなどの非常に複雑で小さな部品も印刷できる新しい3D印刷技術を開発しました。フラウンホーファー研究所が開発した 3D 印刷技術では、セラミックや金属の粉末懸濁液などの材料を印刷できます。セラミックまたは金属の粉末を、80 ℃ で液体に溶ける低融点熱可塑性バインダーに混合します。印刷プロセス中、プリンターの電気温度によってバインダーが溶け、セラミックまたは金属粉末材料と混合された液滴の形で堆積します。堆積後、液滴は急速に冷却されて硬化し、立体物が点ごとに徐々に印刷されます。セラミック粉末材料をバインダーに均一に混合します。粘度も正確に制御されており、混合された粉末材料は「薄すぎ」ても「厚すぎ」てもいけません。そうすることで、プリンターはスムーズに印刷できるようになります。

フラウンホーファーが印刷したセラミックマイクロリアクターには、多数の複雑なマイクロチャネルと 2 つの液体接続チューブが含まれています。マイクロリアクターの複雑な構造とリアクターの内外の密閉は、従来の技術では大きな課題となりますが、セラミック 3D プリント技術により、統合型リアクターを製造することができます。この技術の恩恵を受けるのは医師だけではなく、プロセス開発や生産にマイクロリアクターを適用する製薬業界や化学業界も恩恵を受けるでしょう。 3D プリント技術を使用して少数のマイクロリアクターを製造すると、コストが低くなるだけでなく、安全性も高くなります。

感光性樹脂と混合

セラミック材料は、リソグラフィーベースの積層造形システムである Lithoz の CeraFab 7500 マシンを使用して、感光性樹脂と混合して 3D プリントされました。その後、焼結によって樹脂が除去され、セラミック粒子が融合して固体部品になりました。研究者によると、この3Dプリントされたセラミックチップは、ガラスやプラスチックよりも強度が高く、耐熱性に優れているため、バイオメディカル用途にセラミック材料を使用できる可能性を示しているという。 3D プリントされたセラミックマイクロシステムは、より複雑な細胞培養テストデバイスに代わる効果的で比較的シンプルな代替手段となり、生体模倣 3D 細胞培養研究の進歩に貢献します。

エアロゾル
Optomec エアロゾルジェット技術は、センサーの製造において実績のある技術です。以前、スウォンジー大学の研究者は、Optomec エアロゾルジェット技術を使用して、ジェットエンジンコンプレッサーブレードの表面にひずみセンサーと光学クリープセンサーを直接印刷しました。研究者たちは、レーザー検査システムと光学測定用センサーを使用して、部品のクリープの程度を 10 ナノメートル以内で判定することができました。センサーの印刷プロセスは、まずミスト発生器を使用して銀ナノ粒子導電性インクを霧化することから始まります。この霧化は、シースガスの環状流を生成する流れ空気力学的に誘導された堆積ヘッドを通して行われます。ノズルは基板に向けられ、スプレーは同軸の流量で集中されます。材料のパターン形成は CNC コマンドによって行われ、基板は固定されたまま、堆積ヘッドと基板間の距離は一定に保たれるため、材料の正確な堆積が保証されます。

インクが塗布された後、熱処理が行われ、センサーに適切な導電性と機械的特性が与えられます。さらに、レーザー加工プロセスを使用した局所的な加工も可能で、耐熱性が極めて低い材料の使用が可能になります。最終結果は、高性能を実現する 10 ナノメートルの微細エッジ定義を備えた高品質フィルムです。

2017年、GEはオプトメックのエアロゾルジェット3D印刷技術を使用して、タービンブレードに高温セラミックセンサーを印刷する特許を承認されました。

ナノジェット
Xjet のダイレクト 3D メタルジェッティングシステムのコア技術は、特許取得済みのナノメタルジェット技術です。この技術は、ナノ粒子を使用して特殊な液体金属を作成し、金属部品を迅速に印刷します。この技術により、金属 3D 印刷の速度と印刷量が新たなレベルに達し、高精度で表面仕上げの優れた製品を生産できます。超微細ナノスケールの金属粉末を「インク」に均一に分散させて「液体」状態に「懸濁」させ、高速3Dプリント技術により高温環境下でプリントアウトします。金属粉末は非常に微細であるため、高温下で互いに「結合」し、プリントされた製品の表面が滑らかになります。

2016年11月、Xjetは金属印刷技術をセラミック材料の印刷に「コピー」すると発表しました。ナノスケールのセラミック粒子が印刷「インク」に均一に「浮遊」し、高温で結合した後、焼結してコンパクトな内部構造と滑らかな表面品質を実現します。

出典: 3Dサイエンスバレー

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