この記事では、セラミック光硬化3Dプリント技術について紹介します。

出典: Ketao Intelligent Manufacturing

セラミック材料は、3つの基本材料の1つであり、その優れた物理的および化学的特性により産業界で広く使用されています。しかし、従来のセラミック製造技術の限界により、業界で使用されるセラミック製品は単純な立体形状のものしか存在しない場合が多くあります。積層造形技術の発達により、複雑なセラミック製品の製造が可能になりました。現在、セラミック 3D プリントが成功裏に応用されている分野には、航空宇宙、整形外科、歯科、化学工業、芸術などがあります。積層造形業界の新興技術として、セラミック 3D プリントはますます重要な役割を果たし始めています。

現在、成熟したセラミック積層造形技術には、主にステレオリソグラフィー（SLA）、3次元印刷（3DP）、選択的レーザー焼結（SLS）、積層造形（LOM）、押し出し成形（EFF）が含まれます。その中でも、ステレオリソグラフィー（SLA）は、現在のセラミック積層造形技術における主流の3D印刷プロセスであり、成形速度が速く、自動化度が高く、寸法精度が高く、表面品質が優れているなどの利点があります。

光硬化型3Dプリントの利点<br /> 現在、3Dプリント技術の発展に伴い、新しい3Dプリント材料が次々と登場し、ますます多くの材料が広く使用されています。光硬化型3Dプリントの明らかな利点は、材料の制限を突破することです。セラミック光硬化は遅れて始まりましたが、急速に発展しました。セラミック材料の優れた性能と幅広い応用展望だけでなく、光硬化セラミック3D印刷技術は他のセラミック積層製造方法と比較して印刷精度が高く、複雑な形状や高精度の大型部品を準備する上で大きな利点があるため、ますます多くの研究者が研究しています。

セラミック光硬化プロセス<br /> セラミック光硬化技術は、光硬化性溶液にセラミック粉末を加え、高速撹拌により溶液中にセラミック粉末を均一に分散させ、高固形分で低粘度のセラミックスラリーを調製し、その後、光硬化成形機で直接セラミックスラリーを層ごとに硬化させてセラミック部品ブランクを得る技術です。その後、加熱脱脂工程を経て、ブランク部品内の接着剤として機能する有機成分を高温で除去します。部品ブランクが得られた後、焼結工程を行って高密度のセラミック部品を得ます。

セラミックスラリー調製スラリーには、セラミック粉末、モノマー、架橋剤、分散剤、溶剤、光開始剤などの材料が含まれています。準備中、セラミック粉末を前処理する必要があります。前処理法とは、スラリーを調製する前に、分散剤を用いてセラミック粒子の表面を改質する方法である。セラミックスラリーの具体的な製造工程は以下のとおりです。

脱脂と焼結：印刷されたセラミックブランクモデルは脱脂炉に置かれ、そこでセラミックブランク内の感光性樹脂とその他の添加剤がゆっくりと完全にセラミックブランクから排出されます。脱脂後、セラミックブランクは完全にセラミック粉末で構成されます。緻密なセラミック製品を得るためには、脱脂したセラミック模型を高温の焼結炉に入れて焼結する必要があります。緻密な状態まで焼結すると、完成したセラミックモデルが得られます。

焼結プロセスは、有機物の分解とセラミック粒子の粒度と粒界の変化を伴うことに留意する必要があります。有機物の分解による残留炭素は製品の品質に影響を与えます。したがって、適切な焼結プロセスを選択することは、最終的なセラミック製品において非常に重要な役割を果たします。

セラミック光硬化技術の難しさ
光硬化技術は複雑な構造や高精度のセラミック部品の製造に明らかな利点があるため、国内外の学者が多くの研究を行い、画期的な成果を上げていますが、材料の準備やプロセスの最適化には依然として多くの困難な問題があり、早急に解決する必要があります。高精度、高性能のセラミック部品を製造するための鍵は、高固形分、低粘度のセラミックスラリーの製造にあり、これが現在の課題の一つでもあります。さらに、印刷物には後処理が必要になることがよくあります。

セラミック光硬化の応用事例
現在、セラミック光硬化 3D プリント技術は、成形工程の自動化度が高く、製造された試作品の表面品質が良好で、寸法精度が高く、比較的驚くべき寸法の成形を実現できるため、広く使用されています。

航空宇宙
セラミックコアの助けを借りて、航空機エンジンのタービンブレードの複雑な中空冷却構造を形成することができ、タービンブレードの温度耐性能力の制限の問題を解決します。康碩徳陽智能製造有限公司の李秦氏らは、粒子サイズが≤10umの酸化ケイ素粉末をマトリックス材料として使用し、SLA光硬化技術を介して3DCERAMプリンターを使用してシリコンベースのセラミックコアを準備しました。セラミックコアは優れた耐クリープ性を備え、用途要件を満たしており、大型ガスタービンの中空ブレードの精密鋳造に使用できます。

バイオメディカル
ZrO2 セラミックは、臨床用クラウンおよびブリッジ修復材料の 1 つとして、その優れた物理的および化学的特性、良好な審美的修復効果、および安定した生体適合性により、臨床修復治療に使用されています。同時に、硬化 3D プリント技術の組み合わせにより、歯科用セラミック修復物の新たな開発方向がもたらされます。たとえば、研究者は光硬化技術を使用して、細胞毒性がなく生体適合性のある ZrO2-Al2O3 歯を印刷し、口腔修復に効果的に使用しています。

バッテリー分野
光硬化3Dプリント技術を用いた固体リチウムイオン電池の製造方法は、電極ペーストと電解質ペーストに感光性ポリマーネットワークマトリックスを導入することで、電池全体の光硬化3Dプリント成形を実現します。この方法は、電解質ペーストの粘度とレオロジーを向上させるだけでなく、複合固体電解質のリチウムイオン伝導性も向上させ、最終的に優れた電気化学特性、調整可能な成形、安全性と安定性を備えたエネルギー貯蔵デバイスを得ることができます。

セラミック 3D プリントは、樹脂や金属の 3D プリントに比べるとまだ初期段階ですが、光硬化 3D プリントは、従来の方法では実現できない非常に複雑な構造のセラミックの製造に新たな道を開きました。当社は、基礎材料と化学の研究開発、および光硬化技術の原理のさらなる革新を通じて、セラミック光硬化3Dプリントは、機械、光学、通信、電子、エネルギー、環境保護、生物学、医療、航空宇宙などのさまざまなハイテクセラミック製造分野で明るい未来を持つと信じています。

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