3Dプリント技術研究による新たな発見により、多孔性が低減し、密閉性が向上する

3Dプリント技術研究による新たな発見により、多孔性が低減し、密閉性が向上する
未熟な研究には必ず問題があり、3D プリント技術も例外ではありません。研究者は金属 3D プリント部品の構造欠陥 (気孔) やその他の欠陥の原因について多くの研究を行ってきました。他の種類の材料で作られた 3D プリント部品でも問題が発生することがあります。 3Dプリンティングの急速な発展は、さまざまな関連産業の急速な発展を牽引しており、印刷品質の不均一性は早急に解決しなければならない問題となっています。関連産業の研究者は、印刷された部品の均一な品質を確保する方法を早急に見つける必要に迫られています。
さまざまな形状のオブジェクトの 3D 印刷品質の機能評価 (画像提供: 3dprint.com) ロシア科学アカデミーの N.D. ゼリンスキー有機化学研究所は、3D 印刷を使用して作成された PLA オブジェクトの多孔性を排除し、3D 印刷されたオブジェクトの品質を評価することに取り組んでいます。研究者は、3D 印刷プロセス中に問題を引き起こす可能性のあるオブジェクトについていくつかのことを学びました。

3D プリンティングは急速に進歩し続けており、さまざまな業界で部品やパーツを 3D プリントするために使用される材料も同様に進歩しています。 FDM (熱溶解積層法) などの押し出しベースの 3D 印刷技術は、最も人気のある方法の 1 つですが、これらの 3D 印刷部品の品質を一定に保つには、高い多孔性と低い密閉性を低減する方法を見つける必要があります。

液体やガス用の 3D プリント部品を効果的に密封することは、研究、産業、さまざまな実用アプリケーションで使用できるデバイスを設計するための必須要件です。これに対して研究者らは、「熱溶解積層法における微細構造欠陥の除去による3Dプリント物体の品質向上」と題する論文を共同で発表し、チームの最新の研究成果を説明した。




3D プリントされた形状の品質評価 (画像ソース: 3dprint.com) この論文では、3D プリントされたオブジェクトの品質を評価するためのシンプルで効果的な方法が紹介されており、次のように書かれています。「熱溶解積層法 (FDM) による付加製造は、現在、幅広い研究および商業用途向けに最適化されています。FDM で作成された製品の主な欠点は、品質の悪さと構造上の欠陥 (多孔性) であり、ガスや液体と接触することを目的としたオブジェクトの機能プロトタイプや直接デジタル製造に使用する場合に障害となります。

この方法を使用すると、印刷されたオブジェクトの壁の透過性はその形状に依存し、円柱 > 立方体 > ピラミッド > 球 > 円錐の順に徐々に減少することが示されました。フィラメント供給速度、壁の形状、G コードで定義された壁構造が、3D プリント製品の品質に影響を与える主なパラメータであることがわかりました。これらのパラメータを最適化すると、全体的な品質が向上し、シール性能が向上します。従来のプリンターと標準フィラメントを使用して、高品質の 3D プリント オブジェクトを実現できることが実証されています。 「



(A) 円柱、(B) 円錐、(C) 球、(D) 結合した円柱/円錐、(E) ピラミッド、(F) 立方体。 (画像出典: 3dprint.com)
研究者らは、デスクトップ型 PicasoDesigner PRO 250 3D プリンターを使用して、PLA 材料を使用してさまざまな形状 (球、ピラミッド、円柱、円錐など) のオブジェクトを 3D プリントし、そのオブジェクトを分析しました。彼らは、エアコンプレッサーに接続されたフレキシブルパイプから始めて、3Dプリント製品の品質を評価する実験を開発しました。

次に、物体を水で満たされた透明なガラス容器内に配置し、チューブを通じて低い内部ガス圧を加えます。これにより、物体の毛穴から泡が発生し、その壁に浸透します。

穴の直径が大きいほど、この穴を通る気泡の形成が激しくなります。印刷された部品の表面上の気泡の数密度は壁内のチャネルの密度に対応し、気泡の流れの強度と密度はそれぞれ細孔の線サイズと密度に対応します。

この方法は、形状に関係なく、すべてのオブジェクトに使用できます。3D プリントされたオブジェクトの透過性は、押し出し温度や使用されるポリマーの種類よりも、その形状に大きく依存します。

異なる壁厚の円筒形チューブの印刷 (画像提供: 3dprint.com) 現在の研究によると、3D 印刷は、安価な個人用 3D プリンターを使用しても、優れた密閉性を備えた完全で機能的に一貫した製品の製造に適していることがわかっています。もちろん、3D プリントで製造される特定のケースごとに、特に 3D プリンターのモデルやフィラメント材料を変更する場合には、個別に最適化されたパラメータが必要になる場合があります。製品性能は、フィーダー構造、密閉シェルの有無、作業プラットフォームの加熱モード、押出機の冷却システムなどによって影響を受ける可能性があります。それでも、印刷条件を適切に最適化すれば、市販のデスクトップ 3D プリンターを使用して、さまざまな用途の密閉容器を製造できるようになります。提案された品質評価手順により、構造上の欠陥を排除することで、3D プリントされたオブジェクトの品質を徐々に向上させることができます。

出典: ZOL中関村オンライン

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