DLP光硬化3Dプリント酸化イットリウムセラミックスの光学特性の最適化

DLP光硬化3Dプリント酸化イットリウムセラミックスの光学特性の最適化
出典: Qiyu Technology

イットリア(Y₂O₃)セラミックは透明性に優れていますが、従来の製造方法では複雑な形状を製造することが困難です。付加製造技術は高解像度の 3D 構造を生成できますが、印刷プロセス中に生成される欠陥や段差効果は依然として透明性と表面品質に影響を与えます。最近、韓国の大田科学技術大学のユン・ヒュイスク氏のチームが「3Dプリントされたイットリアセラミックスの透明性の限界を克服する」と題する研究をJournal of Materials Science & Technologyに発表しました。この研究では、DLP光硬化3Dプリント技術を使用して、異なる印刷層の厚さを持つイットリア(Y₂O₃)透明セラミックスを準備し、層の厚さがその光学的および機械的特性に与える影響に焦点を当てました。


オリジナルリンク: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.11.019

研究内容 イットリア (Y₂O₃) セラミックは、広いスペクトル範囲にわたって優れた透明性を示し、レーザー ウィンドウや光学デバイスに適しています。 CIP や SPS などの従来の製造方法では複雑な形状に課題がありますが、デジタル光処理 (DLP) などの付加製造 (AM) 技術ではより優れた形状の柔軟性が得られます。しかし、DLP 印刷された透明セラミックでは、高い透明性と表面品質を実現する上で、光の散乱や段差現象などの問題が依然として残っています。

層の厚さは、積層造形セラミックスの硬化深度、微細構造、透明性に影響を与えることが示されています。層が薄いと解像度は向上しますが、欠陥が発生しやすくなり、層が厚いと過剰硬化や段差が発生する可能性があります。層の厚さを最適化すると、表面仕上げと透明度が向上します。既存の研究は平面構造に焦点を当てていますが、3Dセラミックの研磨技術はまだ不足しています。

この目的のために、本論文では、透明 Y₂O₃ セラミックスの微細構造、表面品質、光学特性に対する層厚の影響を研究し、DLP で製造されたセラミックスの光学特性を向上させるための手頃な 3D 研磨後処理方法を開発します。

記事の研究方法とデータは次のとおりです。

△図1、3D研磨技術の概略図。
△図2、(a~e) 異なる層厚(20、25、35、45、55µm)で印刷された胚の表面微細構造、(f) 異なる層厚で印刷された胚の密度。
△図3、(a) Y₂O₃ドープ粉末の粒度分布、(b) Y₂O₃ドープ粉末の走査型電子顕微鏡(SEM)画像。 (c) 層の厚さと粒子サイズの関係を示す模式図。
△図4、(a-e) 異なる層厚(20、25、35、45、55µm)で作製されたY₂O₃焼結体の断面微細構造。 (f) 異なる層厚で作られたY₂O₃焼結体の相対密度。 △図5、(a) 異なる層厚の3DプリントY₂O₃セラミックスの収縮率、(b) オンライン透過率、(c) 写真。 △図6、(a) 異なる層厚を持つ3DプリントY₂O₃セラミックスの曲げ強度、(b) 表面粗さ。
△図7、(a)表面粗さ、(b)オンライン透過率、(c)異なる方法で研磨したY₂O₃セラミックスの写真。
△図8、Y₂O₃セラミックスのZ軸表面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像:(a)研磨前、および以下の組み合わせを使用して研磨した後の表面:(b)遠心研磨とSiC粉末、(c)振動研磨とSiC粉末、(e)遠心研磨とAl₂O₃粉末、(f)振動研磨とAl₂O₃粉末。 (d) Z軸表面の模式図。
△図9、Y₂O₃セラミックスのZ軸表面形態:(a)研磨前、以下の組み合わせを使用した研磨後の表面形態:(b)遠心研磨とSiC粉末、(c)振動研磨とSiC粉末、(e)遠心研磨とAl₂O₃粉末、(f)振動研磨とAl₂O₃粉末。 (d) XY軸とZ軸の表面の概略図。 Y₂O₃セラミックスのXY軸表面形態:(g)研磨前と次の組み合わせを使用した研磨後の表面形態:(h)遠心研磨とSiC粉末、(i)振動研磨とSiC粉末、(j)平面研磨、(k)遠心研磨とAl₂O₃粉末、(l)振動研磨とAl₂O₃粉末。
△図10、(a)異なる研磨方法を使用した材料除去率、(b)異なる研磨粉末を使用した材料除去率。 3000メッシュ(c)SiCおよび(e)Al₂O₃研磨粉末の走査型電子顕微鏡(SEM)画像。 (d) 角型粉末粒子と (f) 丸型粉末粒子を使用した表面研磨の概略図。
△図11、(a) 異なる研磨方法によるY₂O₃セラミックスの材料除去率、(f) オンライン透過率、(g) 異なる研磨方法による研磨後のY₂O₃セラミックスの写真。 (b) 振動研磨および Al₂O₃ 粉末による研磨、(c) コロイド状 SiO₂ 懸濁液による研磨後の Y₂O₃ セラミックスの Z 軸表面形態。 (e) 振動研磨および Al₂O₃ 粉末による研磨、および (f) コロイド状 SiO₂ 懸濁液による研磨後の Y₂O₃ セラミックスの XY 軸表面形態。 Y₂O₃セラミック表面のXPSスペクトル(h)化学機械研磨前、(i)化学機械研磨後。
△図12、(a)傾斜角ドーム、(b)フレネルレンズ、(c)3次元レンズアレイの写真。それぞれ振動アシスト化学機械研磨の前後の状態を示しています。
△図13、3次元レンズアレイのCT画像:(a)振動補助化学機械研磨前、(b)振動補助化学機械研磨後。
結論 この研究では、DLP セラミック 3D プリントによって作製された Y₂O₃ セラミックの微細構造と表面品質に対する層厚の影響を調査します。結果は、層の厚さを増やすと、Y₂O₃セラミックの微細構造が緻密になり、透過率が向上し、表面粗さが減少することを示しています。特に、層厚45μmのセラミックは、波長1,100nmでの透過率が97.73%、相対密度が99.95%です。さらに、振動支援化学機械研磨技術をAl₂O₃粉末とコロイドSiO₂溶液と組み合わせて使用​​することで、効率的な3D透明Y₂O₃の製造を実現しました。この技術により、表面粗さが95.42%減少し、透過率が66.12%向上し、段差現象が解消されました。層厚の最適化と 3D 研磨技術の開発により、AM で製造された透明 Y₂O₃ セラミックスの光学特性を向上させることに成功しました。


光学、セラミックス

<<:  コロンビア大学の研究者らが2PP 3Dプリント技術を使って内耳疾患の新しい治療法を開発

>>:  eSUN、約54%の軽量化を実現したTPU軽量(TPU-LW)3Dプリントフィラメントを発売

推薦する

美しいメーカーが再び登場し、3Dプリントのワークフローを個人的に実演します

これまでAntarctic Bearが何度もレポートしてきた、中国深圳出身の美しいクリエイター、Se...

エボニックグループの新工場が正式に建設を開始、3Dプリント材料に重点

最近、エボニックグループはドイツのマール市に新しいナイロン12工場の建設を正式に開始しました。数千万...

間接3Dプリントにより燃焼室の準備に成功し、ロケットエンジン製造のための高度な製造ソリューションを提供

出典: サブリメーション 3D付加製造(3D プリント)は工業製造において重要な役割を果たしてきまし...

ウォルマートの新しいマーケティング戦略、10ドルでパーソナライズされた3Dプリントのクリスマスオーナメント

アンタークティック・ベアは、来たるクリスマスを迎えるために、小売大手のウォルマートが徹底的な準備を進...

Okidxin: 3Dプリント業界と教育の深い統合を推進

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-9-17 11:16 に最後に編集...

ドイツのReprapとデュポンが協力し、繊維/ガラス繊維強化3Dプリントフィラメントを発売

2019年3月6日、Antarctic Bearは海外メディアから、FFF 3Dプリンターメーカー...

3Dプリンティングが再びネイチャー誌で特集され、マルチマテリアルとマルチノズルプリンティング技術のブレークスルーが発表されました

謝辞: ウェストレイク大学工学部の張博宇、馮凡、周南佳が技術コンテンツを提供しました。 3D 印刷技...

珠海航空ショーでポリライトが展示した最先端の3Dプリント技術をご覧ください

第12回中国航空ショーで、ポリライト社はWAAM(アークワイヤ供給技術)やSLM(選択溶融技術)など...

スキャナーと同じくらい高速な超高速3Dプリントデバイス

この投稿は Research Bear によって 2022-1-26 21:59 に最後に編集されま...

上海にLesu 3D Printing Experience Centerがオープン、3Dストアオープンの第2波が到来か?

2017年8月28日、Antarctic Bearは、上海龍湖虹橋天街にLesuという別の3Dプリ...

SLS 3Dプリンティングは、さまざまな業界で小中量生産の新しい時代を切り開きます。

3D プリントの利点について議論するときによく言及される 2 つの利点は、部品をカスタマイズできる...

実用情報 | 神秘的な印刷: 生物学的 3D 印刷業界の包括的な理解

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-8-31 09:41 に最後に編集...

第2回中国泌尿器科延煥フォーラム、西荘が医療3Dプリントセンターの病院と企業の共同建設の新モデルを発表

3Dプリント技術は医療分野でますます利用されつつあり、泌尿器科はこの技術を利用する代表的な科の一つ...

3D プリント: インテリジェント製造方法の台頭 [南極クマシリーズ]

この投稿は Little Raccoon によって 2017-3-7 22:47 に最後に編集されま...

人類の目覚め:サイの角が切り落とされた後の悲劇的な光景を3Dプリントで忠実に再現

売買がなければ殺すこともなくなる。北京慧天衛は3Dプリント技術を使ってこのビデオを特別に制作し、サイ...