FDM式3Dプリンタを用いた傾斜機能セラミックスの作製方法

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K17999
• Research Institution: Nagaoka National College of Technology
• Principal Investigator: 井山 徹郎 長岡工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00452087)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: アディティブマニュファクチャリング / 脱脂

Outline of Annual Research Achievements

FDM方式の３Dプリンタに用いるフィラメント材料について、セラミックのグリーン体を作製するためにセラミック粉と結合剤の体積比が70:30となる専用のフィラメントを開発した。フィラントの作製にあたり、セラミックと結合剤の混合を任意に調整できる単軸の小型押出機を製作し、これにセラミック粉と結合剤を供給することで所望するフィラメント材料を得られた。結合剤に対するセラミック粉の含有割合が増加するに従い、フィラメントの柔軟性が乏しくなり、60%以上の割合では３Dプリンティングできないほどの脆さとなってしまった。そのため、結合剤に塩化ビニル粉末を添加することで、フィラメント作製時の樹脂の流動性を向上させ、さらにフィラメント自体を軟化させることで70%の含有率を達成できた。
開発したフィラメントは市販されているFDM方式３Dプリンタを改造することなく使用可能で、造形精度はフィラメント直径のばらつきに関するもの以外は市販フィラメントを用いた場合と同程度であった。これにより得られた造形物を加熱雰囲気中で脱脂し、その後焼成することでセラミック焼結体の作製が可能であることを確認した。ただし、開発したフィラメントを用いた方法では脱脂工程中に造形物の形状精度が著しく悪化してしまった。これは結合剤材料に使用されるABS樹脂が熱可塑性樹脂であることと、樹脂のガラス転移点が低いことが起因しているためであり、次年度以降に対策方法について検討する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

セラミックの積層造形を目的としたフィラメント材料の開発は予定通り完了したが、その後の脱脂処理条件の最適化について当初の予定よりも難航している。

Strategy for Future Research Activity

提案する手法で作製したセラミックグリーン体の脱脂方法について再検討する。これまでは熱脱脂のみについて検討していたが、溶剤による脱脂を並行して検討する。脱脂方法の確立後、当初予定していた通り、焼成体の機械的特性の評価を行う。