マルチマテリアル3Dプリント技術が画期的な進歩を遂げました！ Lithozセラミック3Dプリンターが機能をアップグレードし、多機能部品製造の新たな未来を切り開く

はじめに：Lithozは産業用セラミック3Dプリンターの大手開発会社です。2020年にCeraFab Multi 2M30システムを発売して以来、マルチマテリアル3Dプリントの制約を打ち破ることを目指してきました。
2022年5月9日、Antarctic Bearは、Lithozのリソグラフィーベースのセラミック製造（LCM）装置2M30が、セラミックと金属、セラミックとポリマー、セラミックとセラミックの組み合わせなど、2つの材料を同時に印刷できるマルチマテリアル印刷を実現したことを知りました。
ただし、従来のマルチマテリアルシステムとは異なり、Multi 2M30 は、機能的に傾斜した構造という新しい分野を促進するように設計されています。 Lithoz が選択したこの独自の開発方向は、航空宇宙、エレクトロニクス、エネルギー、ヘルスケアなどの分野での新しいアプリケーションの開発への道を開きます。このマシンは、顧客が独自の材料を開発するためのオープンシステムとしても利用できます。
△ジルコニア強化アルミナとアルミナを使用して3Dプリントしたギアで、エリアごとに強度特性が異なります。写真提供：Lithoz。
マルチマテリアル 3D プリントの派生アプリケーション<br /> 2M30 は、マルチマテリアル部品の実現だけでなく、機能的な階層構造を 3D プリントするためにも使用できます。 2 つの材料を同時に印刷することで、システムはビルドの構成と微細構造を徐々に変化させることができます。基本的に、部品の一部を 1 つの材料で印刷し、別の部分を別の材料で印刷することができます。 2 つの材料を 1 つの層内で組み合わせることも可能で、その結果、機械的特性と機能的特性の異なる組み合わせを持つコンポーネントが生成されます。
では、どのようなパフォーマンスが可能なのでしょうか？ Lithoz の幅広い材料エコシステムのおかげで、部品は多孔質と高密度、生体吸収性と生体不活性、硬さと強靭性、導電性と絶縁性 (熱的および電気的)、磁性と非磁性、透明と不透明、多色になるように設計できます。
たとえば、自動車部品は、一方の端では引張荷重に耐え、もう一方の端では圧縮荷重に耐えることが求められる場合があります。このようなコンポーネントは、負荷ゾーンに応じて異なる力を受けるため、パフォーマンスを最適化するには、引張強度や靭性などの段階的な特性のカスタマイズされた組み合わせが必要です。 2M30 では、単一の材料で段階的な部品を 3D 印刷したり、組み立てが必要な 2 つの別々の部品として印刷したりする代わりに、異なるニーズに一致する 2 つの材料を使用して両端を同時に印刷できます。
マルチマテリアル 3D プリントのもう 1 つの主要市場はエレクトロニクス業界であり、導電性/非導電性の構築が大きな価値を持つことになります。 Multi 2M30 のお客様は、デバイスの電気接点を導電性金属で、絶縁ハウジングを非導電性セラミック材料で 3D プリントし、機能性を損なうことなくコンポーネントを 1 つのモノリシック部品に組み合わせることができます。誘電体材料を積み重ねて、プリント回路をコンポーネントの上部または内部に刻印し、高密度の 3D 回路を形成することもできます。
Compound Semiconductor Applications (CSA) Catapult 社は、このマシンの可能性を認識し、最近、英国初の Multi 2M30 を Lithoz 社から購入しました。ウェールズ政府の支援を受ける研究機関CSA Catapultは、今年後半にこのプリンターが稼働し始めれば、これまでは不可能だった半導体デバイス用のマルチマテリアル部品の開発にこのプリンターを使用する予定だ。
CSA Catapult のパッケージング部門責任者である Jayakrishnan Chandrappan 博士は、次のように説明しています。「CeraFab Multi 2M30 3D プリンターは、DER の最先端機器への投資の一環であり、当社の高度な半導体統合およびパッケージング機能に貴重な追加機能となります。この買収により、高出力および高周波マイクロエレクトロニクスパッケージング用の新しい 3D プリントマルチマテリアル部品の開発が可能になります。マルチマテリアル印刷機器は、エネルギー効率が高く、コンパクトで経済的なパッケージングを推進します。」
CSA Catapult で実施される研究は、これまで実現不可能だった 3D プリントの新しい用途の開発に役立ちます。これは、レオーベン大学の研究者が Lithoz と共同で 2M30 のパワーを利用して、これまでで最も強力な 3D プリント酸化アルミニウムを作成することに成功したことで実証されています。
△ Multi 2M30で3Dプリントされた銅とアルミナベースのガラスセラミックス。写真提供：Lithoz。
CeraFab Multi 2M30: どのように機能しますか?
Lithoz の LCM プロセスは、セラミック AM の業界標準であると一部で考えられており、バット光重合のバリエーションです。ビルドプラットフォームは、スラリーと呼ばれるセラミックを含む液体の入った容器に降ろされ、デジタルマイクロミラーデバイス (DMD) を介して下からの光に選択的にさらされ、ビルドの最初の層の断面が固まります。このプロセスは、3D パーツが印刷されるまで層ごとに繰り返されます。印刷後、パーツは機械的特性を得るために焼結する必要があります。
同社の他の 3D プリンターとは異なり、CeraFabMulti 2M30 は、1 つではなく 2 つのバットを備え、シンプルな切り替えメカニズムによって 1 回のビルドで 2 つの材料を使用できるという点で特別です。システムには、材料を切り替える際の相互汚染を防ぐための完全に自動化された洗浄ステップも備わっています。
CeraFab 制御ソフトウェアを使用すると、単一の Z レイヤー内、境界が明確に定義されたレイヤー間、徐々に構成が変化するレイヤー間など、あらゆる組み合わせで材料を組み合わせることができ、設計の自由度が最大限に高まります。
△2M30工事室。写真提供：Lithoz。 △マルチマテリアルプリンター「Multi 2M30」でプリントした完成品。画像はLithozより。

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