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ケーススタディ

ロボ鋳造法で造形したセラミック層の幾何学測定

ケーススタディ, 付加製造, 先進製造
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The Worcester Polytechnic Institute was founded on 1865 and is focused on the instruction and research of applied sciences and engineering.

3D光学式形状測定装置S neoxの共焦点モードで、造形されたセラミックパーツを焼結せずに測定することができました。

ロボ鋳造は、セラミック系材料を積層して完成パーツを造形する第一世代の押し出し方式付加製造法です。工程が簡単で経済的なことに加え、さまざまな材料に利用できるという利点があります。ロボ鋳造は、ピエゾセンサー、セラミックフィルター、人工骨インプラントなどのセラミック格子構造の生産における活用が見込まれています。

SEMなどの従来法は、焼結したパーツの何らかの幾何学情報の測定に適用できますが、造形されたセラミック層を従来法でそのまま測定することは困難です。
この研究では、非接触3D表面形状測定装置の共焦点顕微鏡(S neox、Sensofar、バルセロナ)を使用して、一層のセラミックパスの高さと堆積および二層造形されたセラミックパーツの高さを測定しました。

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図1.a) 一層のパス(長さ20 mm、隣接するパス間の距離2 mm)。b) 二層造形(長さ20 mm、隣接するパス間の距離2 mm)。
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図2. 一層パターンの概図
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図3. 二層パーツの高さ測定実験の概図

連続共焦点モード倍率5Xを使用して一層のパスを調べました。同様に、連続共焦点モード倍率5Xと9視野の拡張測定を使用して二層パーツを調べました。

図4~7が示すように、各パターンについて11の断面で高さ、幅、面積を取得し、平均値を計算し、分析しました。さらに各一層パスの体積を、平均長さと断面積で計算しました。

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図4. S neoxの共焦点モード倍率5Xで測定したロボ鋳造によるセラミック一層パターンの表面トポグラフィー
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図5. 共焦点モード倍率5Xで測定したロボ鋳造によるセラミック一層パターンの2Dプロファイル
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図6. S neoxの共焦点モード倍率5Xで測定したロボ鋳造によるセラミック二層パターンの表面トポグラフィー
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図7. 共焦点モード倍率5Xで測定したロボ鋳造によるセラミック二層パターンの2Dプロファイル

3D光学式形状測定装置Sensofar S neoxの共焦点モードで、造形されたセラミックパーツの幾何学パラメータを焼結せずにそのまま測定することができました。焼結処理による影響を回避することで、これらの寸法をデータベースとして使用して、ロボ鋳造工程の精度を予測、改善することができます。

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