Formlabsは、法外なコストや複雑な手順を必要としないテクニカルセラミック製部品製造のニーズに応えるべく、Alumina 4Nレジンを開発しました。これまで、3Dプリント用のセラミック材料は$250,000以上のプリンタでしか使用できず、手順も複雑でセラミック製の部品を安定して均一な品質で、そして手頃な価格で3Dプリントすることが難しかったのです。

Alumina 4Nレジンは、テクニカルセラミックの材料科学とエンジニアリングを、使いやすさと均一性、手頃な価格というFormlabs 3Dプリンタの特徴と組み合わせることで、これらの課題に応えます。

Alumina 4Nレジンは、他のセラミック材料と同様、非常に高い耐熱性・耐薬品性・耐電性が求められる用途でお使いいただけます。これまでこういった用途ではセラミックが使用されてきましたが、3Dプリント製のセラミック部品は従来工法のセラミック部品が持つ機械的特性には敵いませんでした。Alumina 4Nレジンは、純度99.99%の高純度アルミナを配合し、複雑な形状の造形品に求められる耐熱性と耐薬品性を備えています。

未だに従来のセラミック部品を使った方がコスト効率が高い用途も多くありますが、Alumina 4Nレジンのような3Dプリント用のセラミック材料は、複雑な形状や試作・検証の反復による改善、カスタマイゼーションが求められる用途でメリットを発揮します。

FormlabsのSLA光造形プリンタの直感的な作業手順とAlumina 4Nレジンを組み合わせることで、これまでは高額な受託メーカーか、作業手順が複雑で100倍以上高価な（専用の）セラミック対応3Dプリンタでしか製造できなかった高機能セラミック部品が、全く新しい方法で実現できます。

1. 3Dプリント：Alumina 4Nレジンは、Form 4およびForm 3/+プリンタを使って積層ピッチ50ミクロンでプリントできます。生強度が高いため、Stainless Steel Build Platformから取り外すにはカミソリの刃のような薄手の工具が必要になります。（Build Platform 2も使用できますが、クイックリリースによる造形品の取外しには非対応です。）
2. 洗浄：プラットフォームから造形品を取り外したら、専用のCeramic Wash Solutionを使って造形品を洗浄し、（ウェットサンディングで）サポート材を除去します。溶剤はFinish Kitの洗浄バケットかForm Washで使用できます。造形品のウェットサンディング：
   1. 強力な研磨には80番のサンドペーパーを使用
   2. 一般的な研磨には320番のサンドペーパーを使用
   3. 繊細な研磨には1000番のサンドペーパーを使用
3. 乾燥：余分な溶剤を圧縮空気で飛ばし、一晩放置して造形品を完全に乾燥させます。時間的な制約がある場合はオーブンを使用します。洗浄・乾燥の手順全文はAlumina 4Nレジンのクイックスタートガイドをご覧ください。
4. 脱脂と焼結：乾燥した造形品を脱脂用のオーブンに移し、最終工程としてオーブン内で焼結させます。材料特性を最大限に引き出すためには、こちらの加熱工程スケジュールに従って作業を行なってください。

アルミナは他の多くのセラミック材料と同じく、スチールやニッケル超合金を含むほとんどの金属の融点を超える超高温下で使用されます。これらの高温下で材料がどのように変化するかを理解することは、造形品の成果を左右する重要な要素になります。

アルミナの融点は2000°C以上ですが、その温度に達する前から材料にたわみや強度の低下が現れ始めます。Formlabsのテクニカルデータシートでは推奨の最高温度は1500°Cとなっていますが、本資料に記載の試験では、用途によってはさらなる高温にも耐えられる可能性があることを示しています。

高温での試験は非常に困難で、実用的な結果を得るには多くの場合は高価な機器が必要になります。しかし、たわみ試験は比較的容易で、高温下における材料性能の基本的な理解に役立ちます。

本試験で使用した板の寸法は上の画像の通りで、たわみを最大限表現できるよう意図的に非常に薄くプリントしています。板が厚いとほとんど変化が見られない可能性があるためです。試験構図は下の図に示す通りで、90mmの間隔を空けて置いた三角形の支柱で板の両端を支えるように設置しました。支柱の両端に少し余裕を持たせているのは、高温で板がたわんで垂れ下がることを防ぐためです。

焼成前と後で板を計測し、試験前に板にたわみがある場合はその面を下にし、重力以外がたわみに影響を与えないようにしました。すべての計測は御影石のテーブルとハイトゲージを使って行われ、ハイトゲージの下をギリギリ通過する高さを見つけることで、板の両端の高さとたわみの最大高さを定義しました。

試験用の板はすべて、推奨されている焼成サイクルで2台の炉を用いて焼成されました。その後は一貫したプロセスに従ってたるみ試験を行いました。5°C/分で目標温度より下の400°Cに達するまで加熱し、その後は目標温度まで2°C/分ずつ加熱し、2時間保持しました。1,600°Cと1,200°Cで焼成した場合の試験結果を下のグラフに示します。

試験は1700°Cまで行われ、結果は以下のグラフに示す通りです。いくつかの特定の温度で試験を繰り返しましたが、統計的にはほとんど違いは見られませんでした。

ただし、絶対距離の変化が必ずしも代表値であるとは限りません。サポートポイントとたるみが発生した部分の間に角度を作ることで、より代表的な数値の測定が可能になります。この方法は、より多くの状況に適用できるという利点もあります。角度と実際の結果は下図のとおりです。

Alumina 4Nレジンの高温試験からは、本材料がたわみに対して優れた耐性を持っていることがわかります。厚さ2.6mmの造形品に1600°Cの熱を加えて発生したたわみは僅か1°以下。これは、造形品の厚みの30倍もの長さがあった、支柱で支えられていない部分も同様です。

超高温下で使用される部品には、Alumina 4Nレジンが最適です。1400°C以下という「低」温環境では、たわみや変形はまったく見られませんでした。このことは、優れた耐電性や耐薬品性、低透過性など、Alumina 4Nレジンが持つその他の材料特性に加え、以前までは3Dプリント製部品が使用できなかったエンジニアリング系の用途にも最適な材料であることを示しています。

Alumina 4Nレジンの活用については、弊社スペシャリストまでお気軽にお問い合わせください。