セラミックのケーススタディ
10月 05, 2021 | Nils Achilles
アディティブ・マニュファクチャリングは、3Dプリントとも呼ばれ、CADモデルやデジタル3Dモデルから3次元の物体を構築することです。セラミックスのアディティブ・マニュファクチャリングの手法として最も利用されているのが、直接インク書込み(DIW=Direct Ink Writing)です。その挑戦についてご紹介します。
アディティブ・マニュファクチャリング(AM)とは、3Dプリントとも呼ばれ、CADモデルやデジタル3Dモデルから立体物を構築することです。そのユニークな利点から、ここ数年ますます人気が高まっています。AMでは、従来の製造方法では不可能だった溝やアンダーカットなどの特殊な形状の作成が可能です。製造に特別な工具を必要としないため、時間とコストを削減でき、特に少量生産や単品生産に有利です。また、特定のデザインに必要なものだけを使用するため、材料も少なくて済みます。
芸術家が傑作を彫るように、積層造形には想像力と細部への厳しいこだわり、そして完成品の邪魔になるものを見極める視点が必要です。特に、医療機器や自動車、航空宇宙製品など、安全性と品質が最重要視される製品に使用される重要な部品であれば、その重要性は計り知れない。セラミック化合物である窒化ケイ素は、その物理的安定性、耐熱性、生体適合性、電気特性から、これらの用途によく使用されている。
セラミックスの積層造形法として最も利用されているのが、DIW(Direct Ink Writing)である。DIWは、歯磨き粉のような粘性のある液相インクを塗布する。インクを小さなノズルから制御された流量で吐出し、デジタルで定義された経路に沿って堆積させ、3D構造を1層ずつ作り上げていく。しかし、DIWでバルクパーツをプリントすることは、非常に困難です。印刷方法や乾燥パラメータなどの側面が、出来上がるサンプルの品質に大きな影響を与える可能性があります。印刷工程では、グリーンパーツを作成するだけです。それが終わると、焼結の工程に入ります。この工程では、さらに重要な問題が発生します。
ファインセラミックスの3Dプリントのエキスパートである京セラファインセラミックスプレシジョン社は、世界トップ250の大学の一つであるイタリアのパドバ大学と共同で、これらの課題を調査しました。京セラは、航空宇宙、半導体など、製品に独自の印刷特性を必要とする幅広い用途に、精密かつ効率的なファインセラミックスソリューションを提供しています。
Yxlonは、X線マイクロトモグラフィーにより、DIWが異なる印刷パターンで製造した窒化ケイ素棒の残留気孔構造を検査することで研究プロジェクトを支援しました。このホワイトペーパーでは、調査結果の概要を説明し、X線マイクロトモグラフィーで実施する非破壊検査がDIWでどのように役立つかを紹介します。
学べること:
- 直接インク書込み(DIW=Direct Ink Writing)がセラミックスのAMソリューションとして優れている理由と、克服しなければならない課題。
- 印刷戦略(材料の選択、準備、乾燥工程を含む)が製品品質にどのような影響を及ぼすか。
- コンピュータ断層撮影は研究を豊かにし、加速させるか
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