パデュー大学が粘性材料の3Dプリント法を発明

Antarctic Bearによると、パデュー大学の最近の研究では、粘土やクッキー生地など、非常に粘性の高い材料を高精度で3Dプリントすることが可能になったことがわかった。この技術の革新的な発展により、近い将来、セラミック、固体ロケット、医薬品、生体医学インプラント、食品など、より多くの分野でカスタマイズされた生産に使用されるようになるだろう。

研究者らが粘性材料の 3D 印刷を実演 (クレジット: パデュー大学の写真/ジャレッド・パイク) 機械工学部の助手研究員であるエムレ・グンドゥズ氏は次のように述べた。「最もエキサイティングなのは、他社では印刷できない材料を印刷できるようになったことです。3D 印刷を使用して、食品やセラミッククラウンなどの生体医療インプラントのさまざまな材料をカスタマイズできます。薬局は、各患者の状態に基づいてパーソナライズされた医薬品を 3D 印刷できます。将来、患者は多くの錠剤を飲む必要がなくなり、病気を治すために 1 錠の錠剤を飲むだけで済むようになります。」

パデュー大学は、3D プリンターのノズルに高振幅の超音波振動を適用し、3D プリンター製造業者が長年悩まされてきた問題を解決しました。業界の現在の解決策のほとんどは材料の組成を変えることですが、パデュー大学の研究チームはまったく異なるアプローチを採用しました。

「ノズルを特殊な方法で振動させることで、材料とノズル壁の間の摩擦を減らし、材料が蛇のように動いて噴射できることを発見しました」とガンドゥズ氏は語った。パデュー大学の研究チームは現在、高速印刷を維持しながら、100ミクロンの精度で物体を印刷することができる。これは、ほとんどの消費者向け 3D プリンターよりもはるかに優れています。

ガンドゥズ氏は次のように付け加えた。「3D プリントの最も一般的な形式は熱可塑性押し出しです。プロトタイプのデモンストレーションでは、熱可塑性材料で通常良好な結果が得られますが、実際の生産では、大量の固体粒子を含むセラミックや金属複合材などの高強度材料を使用する必要があります。これらの材料は溶融すると非常に粘性が高く、通常の 3D プリンターでは小さなノズルから排出できないため、印刷材料として使用できません。」

3D プリントで使用される材料は不透明でノズル内に隠れているため、3D プリントのプロセスを視覚化することは困難です。そこで研究チームはシカゴ郊外のアルゴンヌ国立研究所を訪れ、高速顕微鏡X線撮影を行った。これにより、ノズルの内部を確認し、粘性物質の流れを正確に測定できるようになります。

「ノズル内の粘性流をこのように説明した人は誰もいないので、これは非常に興味深いことです」とガンドゥズ氏は言う。「流れを定量化し、実験が実際にどのように機能するかを理解することができます。」この研究は、世界最大の学術ジェット推進研究所であるパデュー大学のズクロウ研究所で実施された。したがって、現在検討されている最初の実用化は固体ロケット燃料です。

「固体推進剤は、最初はクッキー生地のように非常に粘性があります」と、パデュー大学航空宇宙学部の博士課程の学生、モニーク・マクレイン氏は言う。「しかし、この方法を使えば、従来の鋳造法で得られるものと同等の固体推進剤を印刷することができます。」

マクレイン氏は、2センチメートルのサンプルを印刷し、それを高圧容器（1平方インチあたり最大1,000ポンド）で点火し、燃焼のスローモーションビデオを分析することで燃焼をテストした。

固体ロケット燃料の場合、3D プリントによってロケットの形状をカスタマイズし、燃焼特性を変更できます。「特定のエリアをより速く、またはより遅く燃焼させたい場合や、周辺部よりも中央部を速く燃焼させたい場合があります」とマクレイン氏は言う。「3D プリントを使用すれば、局所的な燃焼速度をより正確に制御できます。」

出典: ZOL中関村オンライン

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