流動液体インターフェースにより、高速かつ大量の熱制御3Dプリントが可能に

流動液体インターフェースにより、高速かつ大量の熱制御3Dプリントが可能に
出典: マテリアルピープル


3D プリントは有望な付加製造方法です。現在の従来の 3D プリント技術はステレオリソグラフィー (SLA) であり、紫外線を使用して液体の光活性樹脂を硬化させ、2 次元の層で構成された 3 次元オブジェクトを作成する有望なプラスチック プリント方法です。この従来の SLA 技術には、界面の「デッド レイヤー」という問題があります。研究者らは、印刷プロセス中に酸素阻害を利用して反応性の「デッド レイヤー」を印刷する、連続液体界面印刷と呼ばれる変種の SLA 技術を提案しました。 この「デッド レイヤー」により、印刷されたオブジェクトの一部が印刷シリンダーの底に付着するのを防ぎ、印刷シリンダーから部品を繰り返し機械的に切断する必要がなくなります。この連続印刷方式は、上記の層ごとの積層方式に固有の材料欠陥を排除しながら、垂直印刷速度を 2 桁向上させます。しかし、この SLA 技術の変種で使用される重合反応は比較的高い温度を生成するため、高速印刷時には装置内の熱放散が大きな課題となります。さらに、気体酸素の供給により、従来の周辺冷却ソリューションの使用が制限されます。

最近、サイエンス誌は「モバイル液体インターフェースを使用した高速大容量熱制御 3D 印刷」と題する記事をオンラインで公開しました。責任著者は、米国ノースウェスタン大学の David A. Walker 教授と James L. Hedrick 教授です。本稿では、可動液体界面(フッ素油)を使用して界面と印刷対象物間の付着を低減し、連続的かつ高速な印刷を実現するポリマー部品のステレオリソグラフィー 3D 印刷方法について報告します。

グラフィック紹介

図1 連続印刷をサポートするフローインターフェースの断面図
(A) HARP 3D プリンターから出てくる 3D プリント部品の概略図。(B) さまざまな流量でのプリント部品の下の速度プロファイル。滑り境界の存在を示しています。(C) 実験的に観察された代表的な流れプロファイルが、部品の下の滑り境界流れプロファイルに挿入されています。
図 2 3D プリント部品の赤外線熱画像。(A) 固定印刷インターフェース、(B) モバイル インターフェース、(C) アクティブ冷却機能付きモバイル インターフェース。
図3 既成材料とソリューションの製造


(A) クラス ABC ポリウレタン アクリレート樹脂で製造されたタイプ I ドッグボーン構造は等方性の機械的特性を示します。(B) HARP は高い空間分解能と印刷忠実度も実現します。(C) コンピューター断層撮影。(D) 印刷方向に沿った一般的な高さプロファイル スキャン。(E) プロフィロメトリー データの分析により算術表面粗さを計算できます。(F) 表面粗さが存在するにもかかわらず、最大引張応力は特性寸法で一定のままです。
図 4 さまざまな印刷材料と互換性があります (A) 硬質加工可能なポリウレタンアクリレート部品、 (B) 後処理されたシリコンカーバイドセラミック印刷格子 (グリーンポリマー前駆体の印刷速度)、 (C および D) 印刷されたブタジエンゴム構造、 (E) ポリブタジエンゴム、 (F) 3 時間未満で 1〜1.2 メートルの硬質ポリウレタンアクリレート格子を印刷。 概要 この研究は、スループット、モバイルインターフェース設計、材料の汎用性の点で SLA-3D 印刷技術に大きな進歩をもたらし、大面積、大物体の 3D 印刷に関連するいくつかの問題を解決しました。 ただし、著者らは、高い横方向解像度を維持し、インターフェースを通じて高性能を実現できる高速光学システムの開発など、この分野にはまだいくつかの大きな課題があると指摘しました。 さらに、垂直速度が速いステレオリソグラフィーシステムも、産業上重要な特性を持つ構造を製造するために使用できる低粘度で低収縮の樹脂によって制限されます。
参考文献: モバイル液体インターフェースを使用した高速大容量熱制御 3D 印刷、2019 年、Science、DOI: 10.1126/science.aax1562。

高速、大容量、熱制御

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