リソグラフィーベースのセラミック製造技術を使用した3Dプリントアルミナ部品の強度

リソグラフィーベースのセラミック製造技術を使用した3Dプリントアルミナ部品の強度
寄稿者: 王成宇、陸中良 寄稿者: 機械製造システム工学国家重点研究室

先端セラミックスは生体適合性、耐摩耗性、耐腐食性などの優れた特性を持ち、実用分野では特殊な用途に使用されています。しかし、セラミック材料を準備するコストが高く、焼結セラミック部品の加工に時間がかかるため、複雑な構造の材料を設計するのには不向きです。付加製造技術は、複雑な構造部品の設計に最適な選択肢を提供します。レオーベン鉱山大学のJ. Schlacherら[1]は、リソグラフィーベースのセラミック製造技術を使用して3Dプリントされたアルミナ部品の強度を研究しました。焼結パラメータ、印刷方向、表面状態(機械加工や3Dプリントなど)、形状が強度分布に与える影響を、一軸および二軸曲げ強度試験によって研究しました。特性強度やワイブル係数などのワイブルパラメータを決定し、さまざまなサンプルで比較しました。

図 1 サンプル A (機械加工済み) の典型的なバルク欠陥: (a) 層間細孔 (x 方向) (b) 剥離領域 (z 方向) (c) 剥離 (y 方向) 実験結果から、焼結温度が高いサンプルほど、ワイブル係数が高く、微細構造がより均一であることがわかります。剥離や大きな空隙などの典型的なプロセス欠陥は、曲げ強度に影響を及ぼす可能性があります。弱い層間境界や不均一な層など、印刷方向に沿って一貫した表面欠陥は、印刷方向に沿って荷重が加えられたときにのみこの方向の強度を低下させ、他の荷重方向の強度には影響しません。ただし、印刷部品内部の穴などの体積欠陥は、あらゆる荷重方向の強度に影響を与えます。


図 2 サンプル B1 (機械加工) の表面下欠陥または表面欠陥: (a) y 方向の多孔性 (b) x 方向の機械加工欠陥 図 3 サンプル B2 (3D プリント) の表面または欠陥に近い表面: (a) y 方向の波形表面 (b) z 方向の人工的な損傷 (c) (b) の人工的な損傷は、z 方向の上面に確認できます 印刷パスによって影響を受ける表面品質は、強度分布にも影響します。ただし、印刷パラメータを高く設定すると、印刷後の表面強度は加工後と同じになり、後処理中に表面を傷つけないようにする必要があります。
上記の結論は、LCM 技術で製造されたアルミナセラミックスの強度を向上させるための提案を提供します。LCM 技術によるアルミナセラミックスの印刷の最適化されたプロセスは、セラミック製造に大きな応用の見込みがあります。

参考文献:
J. Schlacher、T. Lube、W. Harrer、他「添加剤で製造したアルミナの強度[J]」欧州セラミックス協会誌、2020年。

陶芸、生物学

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