ハーバード大学の研究者が3Dプリントを劇的に高速化する技術を実証

出典: cnBeta

数か月前、ハーバード大学ワイス研究所のチームが、3Dプリント臓器の実現可能性を高めることを目的としたエンジニアリングソリューション「SWIFT」を開発した。これにより、研究者たちは7日間同期して拍動する人工の灌流可能な心臓組織を作成することができました。現在、同じチームが 3D プリントの分野で新たな進歩を遂げています。

ヴィース研究所の研究者らは、複雑な3Dプリント物体の作成を大幅にスピードアップできると思われる技術を開発した。マルチマテリアルマルチノズル 3D プリンティング (MM3D) と呼ばれるこの技術は、高速圧力バルブを使用して 8 種類の異なる印刷材料をシームレスに切り替え、複雑な形状やオブジェクトを作成します。研究チームによれば、各バルブは「1秒間に最大50回まで材料を切り替えることができ、これは肉眼で見える速度よりも速く、ハチドリが羽ばたくのと同じくらいの速さである」という。

これにより、印刷プロセスが高速化されます。研究チームは、MM3D では、単一のノズルや大型のマルチノズルプリントヘッドを使用する従来の方法でこのようなオブジェクトを作成するのにかかる時間のほんの一部しかかからないと主張しています。論文の共同筆頭著者であるマーク・スカイラー・スコット氏は、チームの研究について次のようにコメントしている。

「MM3D のマルチノズルアレイと複数のインクをすばやく切り替える機能の組み合わせにより、プリントヘッドの切り替えにかかる無駄な時間が効果的に削減され、スケーリング則が 3 次から 1 次へと低減されるため、複数の材料で構成された周期的な 3D オブジェクトをより速く印刷できます。」

この技術の重要な要素は、印刷中にインクが混ざったり逆流したりしないように正確に調整された一連の Y 字型接続ポイントです。大きなオブジェクトを印刷する場合、これらのノードを多重化できます。具体的には、この高速で一方向の連続インクフローにより、シリコン、ポリウレタン、エポキシ、バイオインクなどの反応性材料を使用して複雑な部品を正確に構築できるようになります。

Skylar-Scott 氏のチームは、ミウラ折り紙構造を印刷することで MM3D テクノロジーを実証しました。この構造は、非常に柔軟な「ヒンジ」セクションによって接続された剛性の「パネル」セクションで構成されています。多くの時間と多層処理を必要とする従来の方法とは異なり、「MM3D プリントヘッドは、8 つのノズルを使用して 2 つのエポキシインクを交互に連続的に押し出し、剛性が 4 桁異なる 2 つのエポキシインクを 1 ステップずつ印刷することで、オブジェクト全体を 1 ステップで印刷できます。」

研究者らはまた、MM3Dを使用して、ロボットアームと柔らかいエラストマーで構成された歩行する「ヤスデのようなソフトロボット」を印刷した。驚くべきことに、「このロボットは、自身の重量の 8 倍を運びながら毎秒約 0.5 インチの速度で移動することができ、他のロボットと接続してさらに重い荷物を運ぶこともできます。」

現在、MM3D は周期的なパターンのオブジェクトのみを印刷できます。しかし、ワイスチームは、さらなる開発と研究により、このプロセスでさらに複雑な構造を 1 つのステップで作成できるようになると考えています。全体として、Wyss の創設ディレクターである Donald Ingber 氏は、この技術が製造業に潜在的可能性をもたらしていると感じており、「この新しい進歩 [MM3D] は、この刺激的な分野におけるイノベーションのペースを大幅に向上させると期待されています」と述べています。

この研究はネイチャー誌に掲載された。