AGCセラミックスとvoxeljetが新しい3DプリントセラミックBrightorbを開発

2021年6月17日、Antarctic Bearは、日本のセラミック専門企業AGCセラミックス株式会社（AGCC）とvoxeljet AGが高性能セラミック材料Brightorbを3Dプリントしたことを知りました。この材料は、構造部品や芸術作品の生産における潜在的な用途に加えて、金属鋳造用の非常に複雑な金型やコアの 3D プリントにも特に適しています。

Brightorb は VX1000 上で開発され、造形体積は 1000 x 600 x 500 mm です。セラミック粒子を無機接着剤で層ごとに接着し、積み重ねて形を作ります。新しいセラミック材料の対象用途には、砂型鋳造および精密鋳造用の高性能コア、セラミックフィルター、構造部品、アートおよび製品デザインなどがあります。

AGCC と voxeljet は緊密に協力し、Brightorb 材料専用に VX1000 3D プリンターをカスタマイズしました。

Brightorb ブランドのセラミック材料は球状の砂で構成されており、その主成分は 80% の酸化アルミニウム (Al2O3)、10% の酸化ジルコニウム (ZrO2)、9% の酸化ケイ素 (SiO2)、鉱物コランダム、バデライト、およびさまざまなセメントです。 3D プリントのプロセスでは、平均粒子サイズ 50 μm、層厚 100 μm の Brightorbs がビルドプラットフォームに積み重ねられ、無機バインダーで選択的に結合されます。

無機バインダーは環境適合性が高く、成形工程中に水蒸気のみを発生します。これにより、鋳造環境と作業条件が大幅に改善されます。最終用途向けにセラミックを印刷するには、印刷された部品にシリカベースの液体を含浸させ、焼結炉で焼成して最終的な強度を達成する必要があります。印刷されなかった粉末のほとんどは再処理され、リサイクルされ、印刷プロセスで再利用できます。

△ Brightorb 3Dを使用して印刷されたインベストメント鋳造コアは、化学的安定性、耐熱性、熱伝導性、低熱膨張などの独自の利点を備えています。

「当社は長い間、ますます複雑な形状の部品に対する顧客からの需要が高まっていることに気づいていました」と、voxeljet の CEO である Ingo Ederer 博士は説明します。「3D プリントの幾何学的自由度の大きな利点は、幾何学的調整によってエンジンやタービンホイールの効率と効果を大幅に最適化できることです。このような複雑なコンポーネントを従来の成形プロセスで製造できるのはまれです。AGCC との緊密な協力により、セラミック粉末を使用して VX1000 マシンを最適化し、強度と表面品質の両方の点で難しい金属鋳造のニーズに最適なマシンにできました。

△産業技術の応用に加えて、Brightorbはタイルやその他の装飾要素や商品などのデザインにも使用できます。

たとえば、3D プリントされたセラミックは、鋳造プロセスの中核として使用され、鋳造物内の複雑なフィラメントキャビティを再現します。この工程では、フィリグリーコアと伝統的なワックスパターンが組み合わされます。キャストする前に燃やしてください。残っているのは、印刷されたコアがまだ挿入されたままの中空のセラミック型です。次に、溶けた金属を鋳型に注ぎます。冷却後、型とコアを取り外します。

このプロセスにより、タービンブレードに内部冷却チャネルを統合できるため、タービンの効率が向上し、ダウンタイムが短縮されます。

AGCCの積層造形担当ディレクターである牛丸氏も満足そうに語っています。「Brightorbは、化学的安定性、耐熱性、熱伝導性が高く、熱膨張率が低いため、金属鋳造に非常に適した高性能セラミックです。下流の1,400°Cでの焼結プロセス中に印刷部品の収縮率が1%未満になるように材料の適用を最適化することができました。つまり、これらの部品はフィリグリーコア設計にも適しています。耐火性が高いため、融点が1,600°Cを超える合金を鋳造できます。全体として、セラミックは、すでに3Dプリント製造方法を実現している材料において重要な役割を果たしています。」

Brightorb は、ドイツ、バイエルン州フリートベルクの voxeljet 材料認証研究所で認証されています。この粉末は AGCC によって開発され、voxeljet と共同で 3D プリント用に改良されました。 Brightorb は、2021 年 7 月から 3D プリントシステムおよびオンデマンド製造サービス向けに商用化される予定です。

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