HRLは1400℃の温度に耐えられる超強力な3Dプリントセラミックを開発

3Dプリントセラミックが急速に登場しています。最近、関連研究を行っているHRL研究所は、1400℃の高温に耐えられる超強力なセラミック製品を3Dプリントできる新技術を開発した。 HRL は、この技術が近い将来、航空宇宙産業で使用されるようになると考えています。

実際、3D プリントセラミック業界は以前から存在しており、Vormvrij 3D と Deltabots はどちらも独自のセラミック 3D プリンターを開発し、完成品の印刷に成功しています。しかし、これらのデバイスのほとんどはFDM技術を使用していますが、今回HRLが使用した技術はより精密な光硬化ラピッドプロトタイピング技術であるため、完成品は精度、強度、耐高温性の点で優れています。

「私たちは焼成後にセラミックに変化するプレセラミック樹脂を開発しました」とHRLの上級科学者トビアス・シェードラー氏は言う。「多少の収縮はあるものの、均一なので最終結果は予測可能です。」

HRL は、この 3D プリント可能な「セラミック樹脂」を開発することで、現在のセラミック 3D プリントの一般的な問題を回避する方法を見つけたようです。現在の従来の 3D プリント方法で製造されたセラミックオブジェクトは、ひび割れや破損が発生することが多く、複雑な部品を製造することが不可能です。また、現在のほとんどのセラミック3Dプリンターで使用できる材料は、低融点の「酸化物セラミック」のみです。
HRL のエンジニアであるザック・エッケル氏は次のように説明しています。「当社が開発した光硬化型 3D 印刷技術に対応した樹脂は、あらゆる形状のセラミック製品の製造を可能にするという点で、驚くべき画期的な成果です。これらの製品は、密度が高く強度が高いだけでなく、高温にも非常に強いです。その結果、3D 印刷の利点を最大限に活用し、応用範囲の広いエンジニアリング材料を使用して複雑な部品を作成することができます。」

中国の3Dプリント専門メディアプラットフォームAntarctic Bearによると、HRLのセラミック3Dプリンターの価格は3,000ドルで、印刷された製品はセラミックのようにはまったく見えず、写真からもわかるようにプラスチックのように見えるという。使用されるセラミック樹脂材料には、硬いセラミックを形成するために必要なすべての分子が含まれています。印刷プロセスでは、樹脂の層が紫外線で正確に焼かれ、モノマーがポリマーに溶解されます。次に、プラスチックプリントを 1,000°C に加熱し、アルゴンガスを充填したオーブンに入れます。そこで余分な化学基が除去され、高強度のセラミック構造が残ります。研究者らは、電子顕微鏡を使用して最終製品を分析した結果、表面に気孔や亀裂は検出されず、さらにテストを行った結果、セラミック製品は1,400℃の高温でも亀裂や収縮が発生しないことを発見しました。

現在、HRL はおそらく世界初となる 3D プリントされたシリコンカーバイドセラミック製品を生産しています。さらに、セラミック樹脂の組成を適切に調整することで、より多くの種類のセラミックを印刷できるだけでなく、この高密度で耐高温性のセラミックは、多くの高温用途に理想的な材料であると考えています。たとえば、極超音速機やジェットエンジンの開発では、エンジニアはこの技術と材料を使用して、離陸時の非常に高い温度に耐えられる特殊な小型部品を製造できます。

「大気圏内で音速の10倍の速度で飛行する航空機は、空気摩擦により非常に高温になる」とシェードラー氏は言う。「そのため、機体外殻はセラミック製でなければならない」

現在、HRL は新しい技術の助けを借りて、2 つの実用的なセラミック製品を 3D プリントしました。1 つは、航空機や宇宙船の耐熱パネルやその他の外部部品の製造に使用できる、大きくて非常に軽い格子構造です。もう 1 つは、電気機械システム、ジェットエンジン、ロケットの部品の製造に使用できる小さくて複雑な部品です。

シェードラー氏は、米国防総省の国防高等研究計画局（DARPA）から資金提供を受けていると述べた。「HRLのアプローチは、高強度、低密度、低質量など、いくつかの望ましい材料特性を組み合わせ、これらの特性を持つ材料を複雑な形状に成形するのに役立ちます」と、DARPAの防衛科学局長ステファニー・トンプキンス氏は語った。

HRLがさらなるテストを完了すると、小型で耐高温性の部品を求めるロケットや衛星の設計者が、おそらくその技術を試し始めるだろう。

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3ders経由

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