ラマー大学、廃棄物ゼロを目指して3Dプリント自己修復素材を開発

出典：中国工業制御ネットワーク

テキサス州ラマー大学のケビン・ダワミ助教授が率いる研究チームは、高度な SLA 3D プリンターを使用して自己修復材料を開発しました。この技術は、靴底や携帯電話の画面の修理から軟骨の修復まで、さまざまな用途に応用されています。材料を紫外線にさらすことで、「自己修復」が可能になります。研究者たちは、この技術が材料が損傷した際に発生する廃棄物の量を減らすのに役立つ可能性があると考えており、また、自己修復できれば、廃棄物を出さずに損傷を修復できる可能性がある。

同大学のナノ・マイクロ・マクロ製造グループも率いるケビン・ダワミ博士と彼のチームは、Scientific Reports に「治療薬リザーバーを埋め込んだ付加製造自己修復構造」と題する論文を発表しました。共著者は、メルダ・モフセニザデ、モーガン・ミーチャム、プラビーン・ダマサス、クエンティン・ウィリアムズ、マイケル・モンテです。

「自己修復材料は、受けた損傷を修復することで機械的特性を部分的または完全に回復できるため、修復手段がまったくないか、または限定されている状況で応用できる可能性が非常に高い」と研究者らは記している。「ここでは、構造に埋め込まれたユニットセルに紫外線硬化樹脂を充填し、自己修復剤の貯蔵庫として機能させる、生物にヒントを得た自己修復材料の新しい設計を実証する。この設計により、機械的損傷を繰り返し修復できる。亀裂があらかじめ埋め込まれた貯蔵庫の 1 つに広がると、毛細管現象によって修復剤が亀裂面に放出され、紫外線照射による重合後に亀裂面を結合する。ここでの構造は、ステレオリソグラフィーを使用して材料を層ごとに堆積させることによって製造される。」

「樹脂キャプチャー」は、3Dプリント製造技術の機能を拡張し、より幅広い機能を持つ部品を作成するための独自の統合技術として初めて開発されました。これまで報告された自己修復材料とは対照的に、自己修復材料は、修復剤を貯蔵庫に充填するという連続した段階を経ることなく、単一のステップで製造されます。ナノインデンテーションや 3 点曲げなどのマルチスケールの機械試験により、当社のアプローチの有効性が確認されています。 ”

チームの素材は自然界からヒントを得たもので、シール修復樹脂が一連の貯蔵庫を通じて素材内部に閉じ込められ、破裂が起こったときのみ放出される。聞き覚えがありますか? これは、皮膚の微小血管の血液ネットワークに相当し、損傷を受けたときに組織の修復を助けます。この場合のみ、毛細管現象により、傷の表面に血液が入り込むのではなく、紫外線に敏感な樹脂が逃げることができるため、孤立した病変を修復するために必要な量だけが使用されます。

New Atlas の記事では、「物体が無傷のままである限り、液体は無傷のままです。しかし、重合樹脂にひびが入ると、毛細管現象によって液体樹脂の一部が引き出されます。人工の UV 光源に急速にさらされると、液体樹脂は重合し、ひび割れを塞ぎます」と説明されています。

同大学によれば、「自己修復機構の自律的な機能」により、材料が受けた損傷を修復するためには、紫外線に短時間さらす以外の介入はほとんど必要ないという。 UV 照射は遠隔で行うことができるため、アクセスが困難な機器部品に特に役立ちます。

このような自己修復型 3D プリント材料の潜在的な利点は広範囲にわたります。この材料を使用すれば、デバイス部品、メガネ、工具など、簡単に損傷する日常品の修理がはるかに速くなります。さらに、この自己修復メカニズムを使用して製造される製品が増えれば、壊れた製品のために埋め立て地に送られる廃棄物の量が大幅に削減されるでしょう。

ケビン・ダワミー博士の研究グループは、論文のために、SOLIDWORKS で設計された材料試験用試料を SLA 3D プリンターで作成しました。彼らは現在、自己治癒を達成するために必要な光エネルギーの量を減らすことを目標に、この技術のさらなる開発に取り組んでいます。つまり、人間の介入は必要なく、自己修復には太陽光などの周囲の紫外線源のみが必要です。

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