瀋陽オートメーション研究所はセラミック積層造形技術の分野で新たな進歩を遂げた

出典：瀋陽オートメーション研究所

最近、中国科学院瀋陽自動化研究所は、セラミック積層造形技術という新しい分野で新たな研究成果を達成しました。同研究所は、光造形（SLA）部品の成形品質を分析・研究するための光硬化数学モデルを提案し、積層造形プロセスにおける前駆体セラミックスラリーの硬化欠陥を発見し、改善方法を提案しました。研究成果はJOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETYに掲載されました。

構造セラミックスと機能性セラミックスは、材料の世界における新たなスターとして、航空宇宙、電子技術、バイオメディカルなどの分野で広く使用されています。積層造形技術により、セラミック製品はより多様化、複雑化、多機能化、高性能化しますが、積層造形プロセスにおける光硬化欠陥は最終製品に影響を与える重要な要因となります。これまでの研究は材料とレーザーの相互作用に限定されており、全体的な光硬化領域のレイアウトと欠陥分布則は研究されておらず、セラミックスラリーを含む単一点光硬化の数学的モデルも提案されていません。

瀋陽自動化研究所のプロセス設備および知能ロボット研究室は、異なる点重なり率、線重なり率、および表面重なり率の下での部品の全体的な光硬化における異なる硬化品質レイアウトと欠陥形成ルールを分析するための光硬化数学モデルを提案しました。実験検証方法を通じて、スラリーパラメータと装置パラメータを一致させる方法をさらに提案し、セラミック積層製造プロセスにおける欠陥問題を改善しました。

現在、瀋陽自動化研究所は国内最先端のセラミック積層造形能力を備えており、高精度の立体造形技術、材料熱重量分析機器、精密温度制御の1700度の高温電気炉、真空脱脂炉などを備えており、デジタル光硬化に基づくセラミック製品製造のプロセスチェーンを形成し、さまざまな複雑な形状のセラミック部品を独自に開発・設計することができます。

△複雑かつシンプルな構造を持つ多孔質アルミナセラミック。中国科学院瀋陽オートメーション研究所は2020年に遼寧大学と協力し、「硬化架橋-高温熱分解」統合付加製造プロセスに基づくセラミック前駆体材料を開発し、機能性セラミックサンプルの作成に成功しました。
セラミック粉末焼結の原理に基づく従来の付加製造プロセスとは異なり、前駆体セラミック付加製造技術は、有機ポリマー前駆体材料にレーザービームを照射し、最終的に「硬化架橋」や「高温熱分解」などのプロセスを経て無機セラミックに変換します。プロセス全体は「有機液体ポリマー前駆材料」から「無機固体セラミック材料」への変換であり、有機物から無機セラミック材料の製造を実現し、精度、効率、コストを考慮した複雑なセラミック部品の統合製造を実現できます。
航空宇宙や原子力などの産業の発展に伴い、セラミックベースのセラミック複合部品の需要はますます高まっています。従来のセラミック製造プロセスには、製造温度が高い、成形が難しい、加工性が悪い、構造が不均一であるなどの問題があります。前駆体セラミック積層製造プロセスは、形状制御と迅速な製造を実現できるだけでなく、構造と機能の統合という特殊なニーズを持つセラミック部品の製造も実現し、幅広い応用の見通しを持っています。
△作製した前駆体セラミックサンプル△前駆体セラミックの作製工程

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