LITHOZ セラミック 3D プリント技術: 航空宇宙用途のゲームチェンジャー

航空宇宙分野での 3D プリントでは、金属が選択されることが多い素材です。しかし、高性能 3D プリントセラミックには、過酷な環境でも極めて効果的となるさまざまな優れた特性も備わっており、航空宇宙用途の 3D プリント部品に最適な選択肢となっています。
この記事では、Antarctic Bear がセラミック 3D プリントの大きな可能性と、Lithoz の LCM テクノロジーが 3D プリントと航空宇宙分野にどのような革命をもたらすのかを探ります。

セラミック材料は優れた特性を持っています<br /> 現在、金属が広く使用されているため、セラミックがエンジニアの買い物リストのトップに来ることはほとんどありません。しかし、金属は過酷な条件下ではすぐに自然限界に達するため、セラミックの重要性はますます高まっています。
しかし、セラミック材料が過酷で極めて要求の厳しい環境に適しているのは、どのような特性があるのでしょうか?
高性能セラミックスは、硬度、耐摩耗性、耐熱性が極めて高く、高温腐食や酸化にも耐性があります。さらに、セラミックで 3D プリントされた部品は機械的にも寸法的にも安定しており、非常に高い温度でも機械的強度を維持します。セラミックは電気的絶縁性と熱的絶縁性も備えているため、内部の機械部品に使用する際の有用性が高まります。
これらの優れた特性と 3D プリントの設計柔軟性を組み合わせることで、航空宇宙アプリケーションの探索をまったく新しい次元に押し上げることができます。

航空宇宙用途向け 3D プリントセラミックス<br /> 積層造形法では、現在従来の製造方法で生産されているものよりも耐久性が高く複雑な部品を生産できることはよく知られています。さらに、航空宇宙および航空用途のコンポーネントを製造する場合、選択した材料が最も過酷な熱条件に耐えられることが重要です。したがって、セラミック 3D プリントは、非常に複雑な部品を高い効率で製造し、過酷で要求の厳しい環境でも動作できる完璧な組み合わせを提供します。
実際、エンジニアは効率を高め、消費を減らし、無駄を制限し、冷却を改善し、稼働時間を増やす方法を常に模索しています。 3D プリントの設計の自由度とセラミックの耐久性を組み合わせることで、理想的なソリューションが実現します。
この組み合わせの主な利点は、宇宙ゴミの削減です。セラミック部品は耐久性に優れているため、最も硬い金属でも破損する場所でも使用できます。航空宇宙分野では、金属はセラミックよりも耐用年数が短く、極度の高温条件にさらされるとすぐに故障します。これらの故障した部品は宇宙ゴミになります。セラミックを使用すると、このような極端な条件下でも、ストレスのかかる部品の摩耗や損傷が少なくなるため、宇宙ゴミを減らすことができます。
さらに、セラミック 3D プリントでは、非常に精密で複雑な部品を製造できます。宇宙船では、スラスタやセンサーから、入り組んだチャネルを備えた複雑な航空宇宙鋳造コアに至るまで、さまざまな部品に非常に高いレベルの精度と正確さが求められます。
航空業界では、排出ガス規制の厳格化により、より高度な冷却によってより高い効率を実現するために、タービンブレードの冷却経路がますます複雑化しています。従来の精密鋳造法では、このような微細構造を生成することはできません。 3D プリントされたセラミック鋳造コアにより、設計の自由度が向上し、部品の複雑さが増し、最終的には必要な冷却が改善されます。
△セラミック材料は、この窒化ケイ素部品の高い耐熱衝撃性からもわかるように、過酷な環境に適しています。写真提供：Lithoz。
Lithozとセラミック3Dプリント
産業用セラミック 3D プリンターの大手開発企業である Lithoz は、航空宇宙用途におけるセラミック 3D プリントの可能性をうまく活用しました。 Lithoz の CeraFab S65 産業用プリンターは、リソグラフィーベースのセラミック製造 (LCM) テクノロジーを使用して、大量生産において正確な再現性を備えた超高精度の 3D 印刷を実現します。
Lithoz の LCM テクノロジーは、航空機タービンブレード用のセラミック鋳造コアを 3D プリントできます。前述したように、3D プリントされたセラミック鋳造コアは、複雑なタービンブレードの冷却チャネルを製造するために不可欠です。 Lithoz の 3D プリンターがこれらの部品を生産できる速度と量により、開発時間が大幅に短縮され、市場投入までの時間が短縮されます。
△ Lithoz LCM テクノロジーは、航空機タービンブレード用の高効率セラミック鋳造コアを、市場投入までの時間を大幅に短縮して生産することができます。写真提供：Lithoz。
LCM 3D プリンターは、複雑で精密なセラミック部品の製造に最適で、マルチマテリアル機能も備えています。この 3D プリンターは、さまざまなセラミックと金属やポリマーを組み合わせて画期的な多機能コンポーネントを実現し、多くの望ましい材料特性を 1 つの部品に組み合わせることができます。 Lithoz の新しいデュアルシリンダーシステムでは、これらの異なる材料を層ごとに混合できるほか、同じ印刷ジョブ内の同じ層内で柔軟に段階的に調整することもできます。
たとえば、この 2 シリンダーシステムでは、カスタマイズされた多孔性を実現できます。 Lithoz のマルチマテリアル LCM 3D プリンターは、望ましい微細構造と勾配構造を持つ多孔度勾配アルミナを製造する際の従来の製造技術の主な問題を克服できます。これはイオンスラスタの研究開発アプリケーションに最適です。
Lithoz の LCM プロセスは、望ましい航空宇宙特性と、3D プリント設計では不可能な柔軟性を兼ね備えています。その結果、比類のない詳細さと精度を備えた高密度部品の製造が可能になります。
その結果、金属よりも強度が高く耐久性の高い部品を 3D プリントすることが可能になり、宇宙ゴミやダウンタイムを削減できます。さらに、これらのセラミック部品には、従来の製造方法では想像もできなかった複雑なデザインも組み込むことができます。
Lithoz 社は自社の技術を工業用大量生産レベルまで拡大しました。したがって、LCM が提供する技術的および材料的な利点に加えて、3D プリントによってバッチで製造された高品質の部品を使用して、生産をシリーズレベルにまで増やすことも可能になります。
セラミック RF フィルターは、LCM セラミック 3D プリントが航空宇宙アプリケーションにおける効率レベルをどのように変えることができるかを示す完璧な例です。このようなフィルターは、通信システムにおける信号品質の向上と干渉の低減に重要な役割を果たす電子回路です。 LCM テクノロジーを使用したセラミック 3D プリントでは、これらのフィルターに必要な複雑かつ精密な形状を小型化して体系的に製造できます。この全体的なアプリケーションの削減により、航空宇宙エンジニアの主な目標である重量の大幅な削減が実現します。
△セラミックスの理想的な材料特性と3Dプリントの設計自由度を組み合わせることで、図に示すように、通信用途向けに、より複雑で効果的なRFフィルターを製造することができます。写真提供：Lithoz
誘電率が高く、誘電正接が低いセラミックを使用する主な利点は、誘電率が高いほど（誘電正接が一定）、フィルターをより小型に設計できることです。その結果、これらのセラミックは LCM テクノロジーに適しており、比類のない精度を提供し、3D プリントのマイクロ部品に最適化されています。
シリコン窒化物エアネイルノズルも Lithoz LCM テクノロジーを使用して 3D プリントすることができ、Lithoz の LithaNit 材料はこの用途に最適です。これらのダークセラミックは、強度が高く、アルカリや酸に耐性があり、特に耐熱衝撃性に優れているため、航空宇宙部品に最適です。窒化シリコンは、絶縁体、バネ、タービンインペラの 3D プリントに最適です。

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