スタティックミキサーの製造におけるセラミック3Dプリント技術の応用

スタティックミキサーの製造におけるセラミック3Dプリント技術の応用
スタティックミキサーは化学産業やその他の産業で使用されるシンプルでコンパクトな省エネ装置です。その機能は液体ミキサーと似ていますが、ミキサーは回転する可動部品を利用して液体を混合するのに対し、スタティックミキサーは静的な状態で液体の混合作業を完了します。静止したままかき混ぜるという物理的な作業をどのように完了できるでしょうか? スタティックミキサー内部の巧妙な構造が重要な役割を果たしていたことが判明しました。

しかし、この独創的な内部構造は非常に複雑であり、製造の難易度が増します。セラミック 3D プリント技術は、通常のプロセスでは実現が難しい複雑な構造を実現できるため、このような複雑な部品を作成するために使用されます。今号では、3D Science Valley が、セラミック 3D プリント技術を使用してスタティック ミキサーの内部混合ユニットを作成した事例を紹介します。


複雑な内部チャネル設計を可能にします<br /> スタティックミキサーは通常、外側のシェルチューブ、チューブ内の混合ユニット、両端のフランジ(またはその他の接続方法)の 3 つの部分で構成されます。スタティックミキサーの混合プロセスは、中空パイプ内に設置された一連の異なるサイズの混合ユニットによって実行されます。混合ユニットの作用により、流体は時々左に回転し、時々右に回転し、フローミキサーの方向が常に変化します。これにより、中心の流体が周辺に押し出されるだけでなく、周辺の流体も中心に押し出され、良好な放射状混合効果が得られます。同時に、隣接する成分が接続された界面では流体自体の回転も発生し、この完全な放射状循環混合効果により、材料が均一に混合されます。

従来のスタティックミキサー<br /> スタティックミキサーチューブ内の混合ユニットがミキサー機能を実現するための重要な部分であることがわかります。セラミック材料は、耐高温性と耐化学腐食性の総合的な特性を備えているため、ミキサーの混合ユニットの内部チャネルの準備に適しています。現在の製造における主な困難は、内部混合ユニットなどの非常に複雑な形状の製品を製造するために高性能セラミック材料を使用することです。

Lithoz は、CeraFab 7500 セラミック プリンターの光硬化 (LCM) テクノロジーとアルミナ セラミック スラリーを使用して、セラミック チューブ用の非常に効率的な内部混合ユニットを製造しました。


3Dプリントされたスタティックミキサーのチューブの内部混合ユニットの表面粗さは約0.4μmに達することができる。
Lithoz のエンジニアは、業界の要件に基づいて内部混合ユニットを再設計しました。エンジニアは複数の設計オプションを用意し、流体の拡散経路を可能な限り少なくするために最適化できるオプションを選択しました。それぞれのデザインは、さまざまな材料がハニカム構造内の隣接するチャネルを流れながらも、互いに分散したままであるという原理に基づいています。これらの設計目標は、主管内の流路誘導管の間に中空構造を導入することで達成できます。

さらに、混合ユニット内の流体チャネルの直径も実際のニーズに応じて調整できます。スタティックミキサーの場合、チャネル直径の変化によって速度も変化し、相対圧力も変化します。パイプの断面積が減少すると、速度が増加し、圧力が低下します。小さい方のパイプは隣接する最大径のパイプと結合され、チャネル間の圧力差により物質が混合されます。これにより、混合コンポーネントが占める拡散経路と容積が最小限に抑えられます。省エネ・コスト削減を実現し、マイクロシステムによるパイプライン設計も実現できます。


その他の複雑な3Dプリントセラミック部品
LCM 3Dプリンティング技術によって実現される高性能セラミック複合製品の製造プロセスは、通常のプロセス技術では実現が困難です。この技術に適合するセラミック材料は、生産ニーズに応じて開発できます。現在、この技術は、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、リン酸カルシウムなどのセラミック材料の3Dプリントを実現しています。3Dプリントされたスタティックミキサーの内部混合ユニットに加えて、抽出分離カラム、セラミックコア、ペースメーカー、ブレスレットなどの製品の印刷にも使用できます。

出典: 3Dサイエンスバレー

セラミックスタティックミキサーの用途

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