高機能セラミックス３Dプリンター造形技術とは？

2021.08.05

2025.03.25

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#メディカル #電機・精密・半導体 #自動車・機械 #新技術

セラミックス材料はアルミナ、ジルコニア、シリカ、窒化ケイ素など様々な材料が含まれています。実際3Dプリンター技術を用いて各種セラミックス材料を高精度で造形物を作る際にこの記事ご紹介したオーストリアウィーンにあるLithoz社は高い精度でセラミック3Dプリンターの市場をリードしています。

LCM技術の詳細については下記の記事をご参照ください。

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はじめに

今回ご紹介するLithoz社のLCMは、従来の成形セラミック部品に匹敵する機械的性能を確保しており、高精度(設計形状<100μm)で優れた表面品質(Ra<1μm)が要求される用途に使用されています。

Lithoz社は、オーストリアを拠点とする会社で、高性能セラミックの材料開発や三次元積層造形技術の先駆者として名が知られています。

Lithoz社には、自社とその顧客の経験から、様々な業界でLCMを応用した10年以上の実績がある。またLithoz社は、セラミック材料を日々徹底的に研究開発しており、3Dプリンター CeraFabシリーズや、その付属機器、ソフトウェアを含むバリューチェーン全体の開発も継続的に行い、幅広い産業分野で培われた実績により、世界中の顧客にソリューションを提供しています。

セラミックは、その優れた特性により、工業から医療まで多岐にわたる用途に有用な部品として使用されています。しかし、セラミック部品は形状が複雑で精密であるために、CIM（インジェクション製造）で生産するとなると、複雑な金型が必要となり、用途が限られる場合がある。特に小ロット生産となれば、生産コストが跳ね上がります。さらに、プロトタイピングにも時間がかかり、カスタム生産もできなくなります。

LCMとは何か?

LCMとは、バット光重合技術とDLP（Digital Light Processing）技術を組み合わせて、セラミック充填剤を選択的に光重合して三次元構造を積層造形することをいいます。

他のAMと同様に、Lithoz社のLCMの最初のステップは、部品のCADモデルを作成して、ビルドジョブを準備することです。ビルドジョブが準備できたら、その情報をコンピューターからAMシステムにデジタル転送します。
Lithoz社が開発した3DプリンターであるCeraFab装置は、光硬化性のセラミックラリーを自動的に投入して、透明なバット上に連続的に塗布することができます。その後、可動式のビルディングプラットフォームがスラリーまで降下した後、バットの下からスラリーに可視光を選択的に露光させます。

このとき、投光システムと連結したDMD（Digital Micromirror Device）を介して層の画像が作成され、これを繰返すことで、三次元のグリーンパーツ（焼成前パーツ）が積層造形されます。

高密度・高性能セラミックのためのスマートテクノロジー

LCMは、極めて優れた機械特性と表面仕上げを特徴とする高密度セラミック部品に対して、高精密かつ高再現性で製造できます。
LCMをはじめとする積層造形法は、数多くの重要な利点があります。他のバット光重合法とは異なり、パーツをスラリーに浸漬させないため、材料の必要量を最小限に抑えられ、ビルド中のグリーンパーツと塗布機との干渉による欠陥の発生を回避できます。

さらに、このLCM製造過程は、浸漬した部品間の未硬化の懸濁物を除去する作業が不要であるだけではなく、材料の回収作業も不要になります。レーザー式のビルドプロセスの場合、各層の断面の点群スキャンに時間がかかるのに対し、LCMシステムのDLP装置は、層全体を一度に露光させるため、形状、複雑さ、露光エリアに関わらず、製造時間を短縮できます。