複雑なセラミック構造のためのハイブリッド SLS 3D 印刷プロセス

2023年5月、Antarctic Bearは、南スイス応用科学芸術大学（SUPSI）の博士課程プロジェクトが、複雑なセラミック構造を作成するための新しいSLSハイブリッド3Dプリントプロセスを開発したことを知りました。この画期的な発見は、パドヴァ大学のアルベルト・オルトーナ教授の博士課程の学生、マルコ・ペランコーニ氏によってもたらされた。

SUPSI 大学のハイブリッド材料研究所 (HM ラボ) は、20 年にわたってセラミック 3D プリント材料の研究を行ってきました。この研究室は主にポリマーおよびセラミックマトリックス複合材料の分野、ならびに多孔質セラミック材料の研究に重点を置いています。主な研究活動には、さまざまな 3D 印刷技術を使用して、非常に複雑な幾何学的形状を持つセラミックオブジェクトを製造するための新しい付加製造方法が含まれます。 2019年、オルトーナ教授は、セラミック材料に対する多孔質3Dプリント技術の可能性を実証しました。ペランコニ氏は同じ研究分野で博士論文を無事に提出した。

ペランコニ氏は大学院の論文プロジェクトとして、複雑なセラミック構造を製造するための最適化された 3D 印刷プロセスを開発しました。

●この方法は主に、 SLS 3D 印刷技術とプレセラミックポリマーの浸透を組み合わせて、高微細孔性ポリマープリフォームを製造するものです。

• 次に、約 1000°C で熱分解を行い、ポリマーをセラミックに変換します。

●最後に溶融シリコンを浸透させて最終緻密化を行い、高密度セラミック部品を得ます。

このプロジェクトではSintratecプリンターが使用され、研究者は粉末表面温度、層の厚さ、レーザー速度、ハッチング間隔など、多くの印刷パラメータを変更できるため、3Dプリント部品の多孔性を簡単に制御できるようになりました。Sintratecプリンターはプロジェクトの研究プロセスで重要な役割を果たしたと言えます。ペランコニ氏は、これらの要素を変えることで、さらなる浸透に不可欠な理想的な多孔性と高品質の部品を実現できたと述べています。

△Sintratecプリンターでの選択的レーザー焼結後、Marco Pelanconiは残留粉末を除去してPA12部品を得る。

複雑な部品形状を作成するためのこのプロセスの利点を説明するために、ペランコニ氏の研究では、回転する立方体とジャイロスコープという、異なるトポロジーを持つ 2 つの円筒形の多孔質構造に焦点を当てました。 Sintratec PA12 で印刷し、その後セラミックに変換した後、得られたコンポーネントは優れた機械的特性と熱的特性を示し、部品は約 25% 収縮しましたが、変形やマクロクラックはなく、元の形状を維持しました。 Pelanconi 氏によると、プロセスをさらに最適化することで、二軸強度を 165 MPa まで高めることができるとのことです。

△ペランコニ法の助けを借りて、様々な複雑な形状のセラミックを迅速かつ効率的に生産することができます

概要<br /> 複雑なセラミック構造は、これらのクラスの材料が、耐高温性、耐酸化性、耐熱衝撃性、強度など、鋼よりも優れた熱機械的特性を備えているため、非常に有望です。したがって、セラミックは、熱交換器、触媒支持体、再生器、燃焼器、航空宇宙などの過酷な環境での使用に非常に適しています。 HM 研究所の Marco Pelanconi 氏によって開発されたこの革新的なアプローチは、さまざまなプレセラミックポリマーからさまざまなセラミック材料が得られるため、ハイテク産業で活用できます。

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