製造を進歩させる新しい 3D プリンティング技術

公開日:2023 年 5 月 30 日

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科学者たちは、製造業界に革命をもたらす 3D プリンティングの高度な技術を開発しました。

エディンバラのヘリオットワット大学センサー・信号・システム研究所のホセ・マルケス・フエソ博士が率いるこのグループは、近赤外線（NIR）光を使用して複数の物質を含む複雑な構造を作成する新しい3Dプリンティング方法を開発した。素材と色。

彼らは、ステレオリソグラフィーとして知られる確立された 3D プリンティング プロセスを修正して、マルチマテリアル統合の限界を押し上げることでこれを達成しました。 従来の 3D プリンタは通常、液体樹脂に青色または UV レーザーを照射し、層ごとに選択的に固化させて、目的のオブジェクトを構築します。 しかし、このアプローチの大きな欠点は、材料の混合に限界があることです。

これまでに行われたことのない私たちの新しい方法の目新しさは、材料のNIR不可視窓を使用して5 cmを超える深さで印刷することです。これに対して、従来の技術では深さの限界が約0.1 mmです。

この最新のプロジェクトの違いは、科学者たちが、樹脂槽のはるかに深いところまで印刷できる、重ねて印刷する必要のない NIR 光源を使用していることです。

この調査結果は、特に医療分野や電気分野などの専門部品に依存する業界にとって、多大なチャンスをもたらします。

マルケス・フエソ博士は次のように説明します。「これまでに行われたことのない私たちの新しい方法の目新しさは、材料のNIR不可視窓を使用して5cmを超える深さで印刷することです。一方、従来の技術では深さの限界が約0cmでした」 0.1 mm。これは、1 つのマテリアルで印刷し、後で 2 番目のマテリアルを追加して、外側のサーフェスの上だけでなく、3D 空間の任意の位置でそれを固化できることを意味します。

「たとえば、ほぼすべての面が密閉された中空の立方体を印刷できます。その後、後で戻ってきて、この箱の中にまったく異なる素材で作られたオブジェクトを印刷できます。これは、NIR レーザーが前の素材を透過するためです。実際、NIRでは完全に透明なので、あたかも目に見えないかのようです。」

ヘリオットワット大学の博士研究員であり、約 3 年間このプロジェクトに取り組んできたアディレット・ザケエフ博士は、次のように付け加えています。「溶融堆積モデリング (FDM) テクノロジーはすでに材料を混合することができましたが、FDM は解像度が低く、層は目に見えますが、ステレオリソグラフィーなどの光ベースの技術は、5 マイクロメートル未満の解像度で滑らかなサンプルを提供できます。」

科学者らは、彼らのプロジェクトの重要な要素は、光アップコンバージョン現象を示すナノ粒子を含む人工樹脂の開発であると述べている。 これらのナノ粒子は、NIR 光子を吸収し、青色光子に変換し、樹脂を固化します。 この現象は「非線形」であり、主にレーザーの焦点で青色光子を取得でき、レーザーを通過する途中では取得できないことを意味します。 このため、NIRはあたかも透明であるかのように材料の奥まで浸透し、内部の材料のみを固化させることができます。

新しい 3D プリント方法により、柔軟なエラストマーや硬質アクリルなど、異なる特性を持つ複数の材料を同じサンプルでプリントできるため、靴の製造など多くのビジネスに役立ちます。 この技術は、空洞内のオブジェクトの 3D プリンティング、壊れたオブジェクトの修復、さらには皮膚を介したその場でのバイオプリンティングなど、無数の新しい可能性を開きます。

「同じ研究プロジェクトで、私たちは以前、選択的に銅メッキできる樹脂を開発しました」とマルケス・ヒューソ博士は続けます。

「両方の技術を組み合わせることで、2 つの異なる樹脂を使用して 3D プリントし、単純なメッキ溶液バスを使用してそのうちの 1 つだけを選択的に銅で覆うことができるようになりました。このようにして、3D で集積回路を作成することができ、これはエレクトロニクス業界にとって非常に役立ちます」 。」

このテクノロジーは刺激的な未来を垣間見ることができるにもかかわらず、コストは驚くほど低いです。

マルケス・ヒューソ博士は次のように述べています。「この技術の明らかな利点は、完全なマシンを 400 ポンド未満で構築できることです。二光子重合 (2PP) など、レーザーを使用する他のいくつかの高度な技術では、高価な超高速レーザーが必要です。数万ポンドのオーダーですが、当社の専門材料により安価なレーザーの使用が可能であるため、これは当社のケースではありません。」

同氏は「われわれの主張を裏付ける結果が得られたので、企業と提携してこの技術をさらに発展させたいと考えている」と締めくくった。

「ルミネッセンス励起による架橋によるマルチマテリアルステレオリソグラフィー」と題されたこのプロジェクトは、工学物理科学研究評議会 (EPSRC) から 28 万ポンドの資金を受け取りました。 その調査結果は、Applied Materials Today 誌に掲載されました。