国内企業の金属セラミック材料3Dプリントの進展例

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-11-1 14:50 に最後に編集されました。

英語の単語「cermet」または「ceramet」は、セラミックと金属を組み合わせたものです。金属セラミックは複合材料です。その定義は時代によって若干異なります。例えば、セラミックと金属で構成された材料、粉末冶金法で作られたセラミックと金属の複合材料などと定義されることもあります。

アメリカの ASTM 専門委員会は、セラミックを次のように定義しています: 金属または合金と 1 つ以上のセラミック相から構成される不均質複合材料で、後者の体積分率が約 15% ～ 85% を占め、製造温度では金属相とセラミック相間の溶解度が非常に小さいもの。狭義の金属セラミックとは、複合材料中の金属相とセラミック相が三次元空間に界面を持つタイプの材料を指します。金属の靭性や曲げ耐性、セラミックの耐高温性、高強度、耐酸化性など、金属とセラミックの両方の利点を備えています。

金属とセラミックのハイブリッド印刷に関しては、ドイツのフラウンホーファー研究所がこれまでにセラミックと金属の粉末懸濁液を開発してきました。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。金属、ガラス、セラミックの粉末材料がバインダー内で均一に混合されます。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。

金属・セラミック用水溶性インク

中国最大のカルボニル鉄粉メーカーである江蘇天一超微金属粉末有限公司は、金属、セラミック、複合（混合）材料製品の3Dプリント用水溶性インクを開発しました。インク材料組成質量比：材料成分（金属、合金、セラミックなど）30%～70%、ポリマー材料成分1%～9%、水69%～21%。印刷材料は、水、水に溶解した高分子材料、金属、セラミックス、およびそれらの複合（混合）粉末材料や添加剤から構成されていると言えます。

このインクで印刷された完成品は、必要な材料の製品を得るために、蒸発、可塑化、剥離、焼結の工程を経る必要があります。

金属強化セラミックマトリックス複合材料

成都鑫科利化学科技有限公司は、3Dプリント用の金属強化セラミックス複合材料を開発しました。これは、セラミックス微小球の表面に金属繊維を巻き付けて埋め込んだ金属強化セラミックス複合微小球です。

原材料は、セラミック微小球80～90部、金属繊維5～10部、界面改質剤1～1.5部、活性剤0.1～0.5部、接着剤3～5部などである。界面侵食によりセラミック微小球の表面を改質し、セラミック微小球の表面に埋め込み可能な界面を形成した後、ディスクグラインダーで圧延することにより、界面が侵食されたセラミック微小球の表面に金属繊維を埋め込み、セラミック微小球の表面に金属繊維が巻き付いて埋め込まれた金属強化セラミック複合微小球を形成する。3Dプリントに必要な球状特性を満たすだけでなく、セラミック微小球の表面に金属繊維がメッシュ状に分布し、3Dプリントおよび焼結後のセラミック製品に金属がメッシュ状に分布することで、強化が実現される。

この技術は、セラミック製品の可塑性や靭性を低下させる不均一な構造や結晶組織の不良など、3Dプリント時のセラミック粉末の欠陥を改善します。

金属粉末の表面にセラミック表面を形成した強化材

航空機のタービンエンジンや超音速航空機の表面材として金属を強化するために、炭化ケイ素やウィスカー材料が使用されています。しかし、金属を強化する従来の方法は、金属を溶かして繊維を加え、成形するというものでした。成都新科利化学は、金属粉末強化処理を通じて、3Dプリントで製造された金属製品の強度欠陥を効果的に克服できる技術を開発した。原材料は、金属粉末50～60部、リチウム磁器石20～25部、石英3～8部、ホウ酸亜鉛2～3部、炭酸ナトリウム1～3部、接着剤0.5～2部です。

強化金属複合材料は、金属粉末の表面にセラミック表面を結合、焼結して形成されます。セラミック表面は微細孔を有し、金属粉末に強度と靭性を与えます。同時に、球形度が高く、粒子サイズが小さく、分布が狭いという特徴も持っています。 3Dプリントで金属製品を直接形成する場合、金属セラミック表面は金属の融点よりも低い温度で接着し、金属製品の変形を効果的に防ぎ、高強度、高靭性の金属製品が得られます。南極熊3Dプリントネットワークにご注目ください。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
米国のノースウェスタン大学は、骨の再生をより促進できる高靭性の3Dプリント用セラミックインクを開発した。ロシアの企業は、興味深い「セラミックのような」3Dプリント用フィラメントを発売した。

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