武漢3Dセラミックス：光硬化およびホットメルトセラミック3Dプリント技術

この投稿は Coco Bear によって 2024-3-10 19:39 に最後に編集されました。

2024年3月6日、武漢3Dセラミックテクノロジー株式会社の周飛氏は、第6回SAMA積層造形カンファレンスで光硬化およびホットメルトセラミック3Dプリント技術を紹介しました。会議では、周飛氏は光硬化法に基づくセラミック 3D 印刷プロセスと FDM 法に基づくセラミック 3D 印刷プロセスの紹介に重点を置きました。では、この 2 つの利点は何でしょうか?セラミック 3D プリントの主流技術となるのはどの技術でしょうか?

武漢3Dセラミックテクノロジー株式会社は、2016年に世界有数のセラミック3Dプリント企業であるフランスの3DCERAMと共同で中国市場を開拓し、機器の販売、アフターサービス、ローカライズされたアプリケーション開発を独占的に担当しました。 2019年に、セラミック3Dプリントの応用範囲を拡大するために、FDMセラミック3Dプリント技術を開発しました。 2022年には、科学技術省の重点研究開発計画のサブプロジェクトや、自治体の「チャレンジ・アンド・リード」プログラムなどの垂直プロジェクトに参加するためのいくつかの国家資金が承認されました。 2023年にはハイテク企業申請が承認され、科学技術省の重点研究開発プロジェクトに引き続き参加しました。

1. セラミック3Dプリントのプロセス

△3Dプリントのプロセス

まず、周飛氏はセラミックの3Dプリントプロセスを紹介しました。 3D プリントは、インテリジェントに処理された 3D デジタルモデルファイルに基づいており、層ごとに材料を追加することで、複雑な 3D ソリッド形状を構築します。新興の3Dプリント技術は、高性能セラミック成形・製造分野で大きな発展の可能性を秘めており、従来のセラミック加工・生産の技術的ボトルネックを打破し、個性的で洗練された軽量で複雑なハイエンド製品の迅速な製造のニーズを十分に満たし、主要なセラミック部品の応用に新たな道を開くことが期待されています。セラミック 3D プリントプロセスは成形プロセスであり、その機能は既知の乾式プレス、テープキャスティング、射出成形装置、または手動の方法と同等です。成形が完了すると、フォローアップは従来のプロセスに戻ります。

△3Dプリント技術と従来の製造技術の比較

△各種セラミック3Dプリントの長所と短所

従来の方法と比較して、3Dプリント技術はより複雑な形状や構造に適用でき、研究開発期間を数か月から数週間に短縮できます。金型費用は必要なく、最小数量制限もありません。セラミック 3D 印刷技術には、SLA レーザー光硬化、DLP デジタル投影光硬化、SLS 選択的レーザー焼結、FDM ホットメルト堆積など、さまざまな種類があります。比較すると、SLA レーザー光硬化技術は印刷精度が高く、印刷部品の密度も高くなりますが、FDM ホットメルト堆積装置のコストは低くなります。

2. 光硬化セラミック3Dプリント技術とプロセス

光硬化セラミック 3D プリント技術の応用分野は非常に広く、バイオ医療、航空宇宙、国防産業、半導体、宝石などに使用できます。

△光硬化セラミック3Dプリントプロセス

光硬化技術はモノマーの光重合反応に基づいています。セラミックを製造する具体的なプロセスには、セラミックスラリーの製造、印刷、脱脂および焼結の 3 つのステップが含まれます。印刷時には光硬化の原理を採用し、セラミックスラリーを紫外線照射により層ごとに固めてセラミック胚を生成し、最後に脱脂と焼結を経てセラミック製品が得られます。

周飛氏は、デジタルモデルから始めて、複数のプロセスを重ね合わせた結果、優れた性能を持つ最終的なセラミック製品が生まれると語りました。印刷装置のソフトウェアとハードウェアの適応性、印刷材料の安定性、固形分などはすべて、印刷と焼結のプロセスに影響を及ぼします。

△3DCERAMはあらゆるシナリオに対応するセラミック3Dプリンターを提供します

現在、3DCERAM は、実験室でのテストから大量生産までさまざまなシナリオで使用できる CERAMAKER シリーズのセラミック 3D プリンターなど、あらゆるシナリオに対応するセラミック 3D プリンターを提供しています。たとえば、C100Easy 標準プラットフォームは、サイズが 100 x 100 x 150 mm の単一レーザー単一材料光硬化セラミックプリンターです。オプションのマルチマテリアル印刷キット、60mm の小型印刷プラットフォームなどを装備することができ、実験室のシナリオでの使用に非常に適しています。 C1000 FLEXMATIC は、320*320*200mm の標準プラットフォームを備えた光硬化セラミックプリンターです。生産レベルの光硬化印刷や半自動生産ラインに最適です。デュアルレーザー、取り外し可能な印刷プラットフォーム、自動クリーニング装置を装備できます。

△光硬化セラミック3Dプリント材料

3DCERAM は、さまざまな光硬化セラミック 3D プリント材料である 3DMIX シリーズも提供しています。下図に示すように、材料の種類は、酸化物セラミックシリーズ、非酸化物セラミックシリーズ、バイオセラミックシリーズなど、広範囲にわたります。

現在、積層造形市場全体が、光硬化セラミック 3D プリントの最先端を積極的に模索しています。周飛氏は、武漢三偉陶磁器科技有限公司が主体となり、2022年と2023年の2年連続で科学技術部の重点研究開発サブプロジェクトに参加すると述べた。

●《各種材料の連続光硬化成形の理論とキーテクノロジー》2022YFB4601400

●「大型特殊セラミックス積層造形技術・装置」2023YFB4600058

ヨーロッパでは、3DCERAM は Horizon 2020 の資金提供を受けており、以下のプロジェクトに参加しています。

●2015年2月～2018年8月《商用アプリケーション向けコスト効率と柔軟性に優れた3DプリントSOFCスタック》

●2023年1月～2025年5月《加圧3Dプリント固体酸化物電解スタックによる水素製造》

将来、光硬化セラミック 3D プリント技術の研究方向は、次のようになります。
●ハードウェアとソフトウェアの提供：さまざまなシナリオに適応した印刷機器、標準またはカスタマイズされた消耗品●フロンティア探索：科学研究プロジェクトのサポート●ターンキープロジェクト：特定の製品のプロセス開発、完全なターンキープロジェクト

3. ホットメルト押出セラミック3Dプリント法

△FDMセラミック3Dプリントプロセス

FDMセラミック3Dプリントでは、使用されるプリントフィラメントは高分子ポリマー、セラミックパウダー、その他の添加剤の混合物であるため、後処理プロセスで溶剤脱脂、熱脱脂、高温焼結の3つのステップを経る必要があり、これによりグリーンボディ内の有機成分が除去され、優れた性能を持つセラミック製品が得られます。

他のセラミック 3D 印刷技術と比較した場合、FDM セラミック 3D 印刷の利点は次のとおりです。
●完全に自由な可塑性●設備全体のコストパフォーマンスが高い●印刷速度が速い●印刷に幅広いセラミック材料を選択可能●安定したセラミック3D印刷プロセス●シンプルで便利な適用環境、後々のメンテナンスコストが低い●さまざまな材料のセラミックの成熟した脱脂および焼結技術

△シリコンカーバイド反射板

△中空構造部品

Zhou Fei 氏は、FDM セラミック 3D 印刷ソリューションである MAT フィラメントプリンターを紹介しました。このプリンターは押し出し力は低いですが、粘度を克服して小径ノズルからフィラメントを押し出すのに十分なトルクを備えています。ノズルに適した耐摩耗性材料。セラミック部品の内部応力を軽減するスライスアルゴリズムにより、完璧な印刷密度、品質、安定性が実現します。

△FDMセラミック3Dプリンター

FDM プロセスは互換性に優れています。プリントヘッドは、粒子印刷に非常に適したスクリューエクストルーダーヘッドを選択できます。また、低粘度材料の印刷に使用できる DIW 直接書き込みエクストルーダーヘッドも使用できます。さらに、後処理に CNC サブトラクティブツールを使用することもできます。

今後、FDM セラミック 3D プリントの研究の焦点は次のとおりです。
●MAT装置プラットフォームおよび各種オプションプリントヘッド●各種特殊ワイヤまたは顆粒の研究開発●製品を中心としたカスタマイズプロジェクト

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