3D 프린팅 세라믹

Jan 14, 2024

여러 산업 분야에서 다양한 응용 분야에 적층 제조 기술이 점점 더 많이 채택됨에 따라 3D 프린팅 금속 또는 폴리머 재료에 초점이 맞춰지고 있습니다. 그러나 세라믹 3D 프린팅은 엔지니어들이 점점 더 기술적인 세라믹 재료의 뛰어난 성능 특성에 관심을 돌리면서 성숙해지고 변곡점에 도달하고 있습니다.

전통적인 세라믹 성형 공정에는 리드 타임이 길고 값비싼 툴링이 필요합니다. 또한 현대 부품의 복잡한 모양으로 인해 탈형이 점점 더 복잡해짐에 따라 이 프로세스는 비효율적입니다. 적층 제조의 자유로운 설계 덕분에 무게에 최적화되거나 에너지 편향 또는 흡수와 같은 특수 성능 목적을 위해 모양이 최적화된 전통적으로 가공이 어려운 재료에 최적화된 새로운 형상이 만들어집니다.

3D 프린팅을 통해 설계자는 부품 형상의 복잡성을 높일 수 있게 되었고, 새로운 재료 가능성은 진정한 응용 분야의 혁신으로 이어졌습니다.

수세기 동안 건축에 사용된 세라믹은 최첨단 제조 재료로 발전했습니다. 예를 들어, 실리카 모래는 금속 주조에 사용되는 세라믹입니다. 주조업체에서는 정기적으로 재료로 툴링을 제작하고 최근 수십 년 동안 샌드 3D 프린팅을 채택하여 최종 사용 금속 부품을 생산하기 위한 주조 작업 흐름에서 벗어나지 않고 더 빠른 처리 시간으로 점점 더 복잡한 디자인을 대량 생산했습니다.

오늘날, 산화물, 탄화물 또는 질화물이 결합된 다양한 기술 세라믹 재료는 다른 재료가 충족할 수 있는 것보다 더 높은 환경 및 성능 요구 사항을 가진 응용 분야에 사용됩니다. 탄화규소(SiC), 알루미나, 지르코니아와 같은 공업용 세라믹은 생체 적합성, 높은 경도, 초고온 안정성 또는 화학 반응에 대한 저항성과 같은 특성으로 인해 가장 극한의 응용 분야와 가장 가혹한 환경에서 사용하기를 원합니다.

바인더 분사는 이러한 세라믹을 기존 기술로는 제작할 수 없는 복잡한 고해상도 형상으로 성형하는 데 있어 고유한 이점을 가지고 있습니다. 인쇄 속도, 인쇄 크기 및 재료 유연성을 통해 가장 광범위한 재료를 가장 빠른 속도로 처리할 수 있습니다. 이는 고도로 연구된 기술이며 다른 적층 기술 중에서도 SiC 제조에 가장 적합한 공정으로 널리 알려져 있습니다. 어두운 분말은 UV 경화되지 않고 높은 융점으로 인해 레이저 기반 공정이 필요하지 않기 때문입니다. 거의 그물 형태의 부품을 생산하면 어렵고 비용이 많이 드는 기계 가공 및 연마 후 처리 단계도 줄어듭니다. 다공성 녹색 부품은 소결, 함침 또는 침투되어 응용 분야에 맞는 다양한 재료 특성을 얻을 수 있습니다.

가장 진보된 기술 세라믹 재료와 결합된 적층 가공의 새로운 디자인 패러다임은 바인더 제트를 애플리케이션 개발의 최첨단에 올려 놓습니다.

콜리메이터는 연구자들이 표유 중성자를 흡수하여 물질의 특성을 매핑할 수 있도록 하는 중성자 이미징에 사용되는 구성 요소입니다. 실험에서 분해능을 향상시키고 배경 신호를 줄여 데이터를 원자 수준까지 캡처합니다.

탄화붕소(B4C)는 강력하지만 가벼운 특성과 중성자 산란 장비에 특히 유용한 에너지 흡수 특성을 갖춘 산업용 세라믹입니다. 과거의 제조 한계는 농축된 탄화붕소(10B4C)와 같은 고흡수성 재료로 코팅된 블레이드의 콜리메이터를 본질적으로 한 차원에서만 시준하는 배열로 만들었습니다. 이러한 전통적인 디자인의 제한된 모양으로 인해 수행할 수 있는 연구 유형이 제한되었습니다.

덴마크의 X선, 싱크로트론 방사선 및 중성자 산란 실험용 솔루션 제조업체인 JJ X-Ray의 연구원들은 3D 프린팅의 자유로운 설계를 활용하여 2D 시준을 위한 보다 복잡한 구성 요소를 개발했습니다. 데스크탑 금속 X-시리즈 바인더 분사 시스템은 10B4C 분말에서 3D로 큐브를 인쇄했습니다. 20mm3 콜리메이터 프로토타입은 다른 기술로는 생산할 수 없는 5×5mm 직선 벽 채널을 특징으로 합니다.