国内のシリコンベースの3Dプリントセラミックコアの新たなブレークスルー、西安国宏天一が予備実証実験に合格

南極熊の紹介：西安国宏天一は、シリコンベースの3Dプリントセラミックコアで新たな突破口を開きました。スラリーの固形分は75％に達します。3Dプリント、脱脂、含浸、焼結などのプロセスを経て、合格のセラミックコアを製造するのに1週間しかかかりません。1550℃での高温強度は15Mpa以上に達し、予備実証実験に合格しました。

シリコン系セラミックコア製造プロセス

シリコンベースのセラミックコアは、優れた耐高温性、低熱膨張性、結晶変態がないこと、冶金学的および化学的安定性が良好、優れた耐クリープ性、安定した構造、および優れた耐高温性を備えているため、新しいエンジンの中空タービンブレードの内部キャビティ成形の重要な構造部品となっています。現在、シリコン系セラミックコアの従来の製造にはインベストメント鋳造技術が使用されていますが、プロセスフローが複雑で、成形精度が低く、生産サイクルが長く、生産コストが高いという問題があります。上記の問題を解決するために、セラミック積層造形技術の応用が特に重要です。

セラミック付加製造技術を使用してセラミックコアを作製すると、セラミックコアの生産サイクルを 1 か月から 1 週間に大幅に短縮し、コストを削減できます。しかし、現在の国産の積層造形セラミックコアは、成形精度、成形体強度、溶解性などの問題があり、実際の応用要件を満たせないため、複雑な構造のコアの研究・検証や高精度のコアの量産には適用しにくい。また、積層造形セラミックコアは、一般的に固形分含有量が低い、段差効果が顕著、脱脂後に割れやすいなどの問題があり、成形精度が高く複雑な構造のシリコン系セラミックコアを形成することが難しい。

国内のシリコンベースの3Dプリントセラミックコアの新たなブレークスルー

西安国宏天一智能科技有限公司は、2019年からセラミック積層造形技術の研究を行ってきました。2年間の研究開発と反復を経て、ついに高精度コアの積層造形形状制御技術と複雑なコアの脱脂割れ制御技術を習得し、シリコンベースのセラミックコア積層造形スラリーの一般的な問題である固形分含有量の低さ、明らかな段差効果、脱脂時の割れやすさを打破しました。

△3Dプリントセラミック成形プロセスの核心：印刷、脱脂、含浸、焼結

高精度コアの積層造形形状制御は、セラミックコアの積層造形アプリケーションを制限する大きな難題です。西安国宏天一智能科技有限公司は、スラリーを調製する際に、アルミナなどの酸化物スラリーを使用してスラリーを改質し、コアの耐熱性と機械的特性を向上させます。積層造形と脱脂後、コアブランクを特定の高濃度シリコン酸化物無機スラリーに一定の速度で浸漬して引き上げます。さまざまな温度範囲で乾燥させた後、含浸されたコアブランクを補助ツール焼結法を使用して空気雰囲気で焼結し、高表面精度のシリコンベースのセラミックコアブランクを得ます。補助ツールは、焼結プロセス中にセラミックコアのさまざまな部分の冷却速度を効果的に制御し、積層造形コアの高精度な形状制御を実現します。

積層造形セラミックコアの構造は複雑で、部品の表面曲率や壁厚は大きく異なります。脱脂・焼結工程では、各部の応力が不均一に変化し、ブランクの強度が連続的に変化するため、構造上弱い箇所に亀裂が生じやすくなります。亀裂の位置はランダムで、脱脂工程を正確に制御することはできません。複雑なコア脱脂時の亀裂を制御することも、セラミックコアの積層造形の応用を制限する大きな難題です。

西安国宏天一智能科技有限公司は、2年間の反復と研究開発を経て、脱バインダーと焼結のプロセスを効果的に制御し、シリコンベースのセラミックコアの割れのリスクを回避するための多数の技術手段を開発しました。現在の部品の状態では、小さな範囲内で壁の厚さが大幅に変化するセラミックコアのスムーズな脱バインダーを実現できます。

西安国宏天一智能科技有限公司は、自社開発の固形分75%以上のシリコン系セラミックスラリーを原料とし、3Dプリント、脱脂、含浸、焼結などの工程を経て、わずか1週間で合格のセラミックコアを製造し、予備実証実験に合格した。

粗さ	Ra1.6
正確さ	± 0.1
1550 ℃の高温強度	15Mpa以上
気孔率	35%以上

△3Dプリントセラミックコアの性能

西安国宏天一智能科技有限公司が提供する方法は、金型に頼る従来の熱間射出成形法と比較して、方向性凝固用シリコン系セラミックコアの薄肉、中空、複雑構造の高精度成形の問題を解決するだけでなく、上記構造の焼結変形や割れ、高温強度安定性をも突破し、航空業界向けの高精度方向性凝固中空タービンブレードに新たなアイデアを提供します。

西安国紅天一について<br /> 西安国宏天一智能科技有限公司は、西安市維陽区の航空宇宙科学技術産業パークに位置し、国内の技術力が強く、金属・セラミックの積層造形を中核技術とする国内ハイテク企業であり、積層造形のワンストップサービスプロバイダーです。同社は清華大学や西安交通大学などの高等教育機関と「産学研」の融合を進め、「双一流」大学を卒業した博士や修士を中核とするハイレベルな専門人材チームを構築した。

西安国宏天一智能科技有限公司は、国内の技術力が強い付加製造のワンストップサービスプロバイダーです。金属およびセラミック付加製造のコアテクノロジーを備えた国内ハイテク企業です。金属付加製造、セラミック複合成形、高性能修復技術の3つのコアテクノロジーによって支えられています。設計最適化、プロセス開発、付加製造、完成品生産を統合し、軍事産業の主要分野に高品質の製品とサービスを提供しています。