中国科学院物理化学研究所による液体金属懸濁液3Dプリント技術の分析

中国科学院物理化学研究所による液体金属懸濁液3Dプリント技術の分析

1980年代には、穴の開いた紙を使用し、動作時に大きな音を出すドットマトリックスプリンターが主流でしたが、わずか30年後には、「万能」な3Dプリンターに取って代わられました。武器や装備から人間の臓器、自動車部品から高層ビルまで、今日の3Dプリンターは想像を超えるものを生み出すことができます。さまざまなハイテク分野で3Dプリント技術の応用が研究されており、3Dプリント技術も絶えず革新と発展を続けています。
最近、中国科学院物理化学研究所低温生物医学研究室は、室温で任意の複雑な形状と構造を持つ3次元の柔軟な金属変形体を迅速に製造し、3次元の伸縮性電子デバイスの組み立てに使用できる「液体金属懸濁液3Dプリント」の概念と方法を初めて提案しました。
液体金属懸濁液3D印刷技術は、コンピュータの3次元設計モデルに基づいており、ガリウムインジウム液体金属合金などの材料を印刷インクとして使用し、流体と固体の状態を自由に切り替えることができる自己回復ハイドロゲルを支持材料として使用します。ソフトウェアの階層化離散性とCNC成形システムにより、印刷ノズルは、事前に設定された成形経路に従ってゲル支持環境内で自由に往復し、常温の液体金属を連続的に押し出すことができます。ゲル材料は、押し出された液体金属の形状を支持および固定するために使用され、層ごとに積み重ねることで複雑な形状のマクロな3次元構造が形成されます。

液体金属懸濁液 3D 印刷の原理の概略図。印刷プロセス中、ゲル材料はノズルによって圧迫され、部分的に液化されるため、ノズルはゲルに簡単に挿入され、ゲル内で自由に移動できます。ノズルが通過すると、液化したゲルはすぐに固まり、安定した形状に戻ります。室温の液体金属が印刷ノズルから連続的に押し出されます。表面張力が高くなると、押し出された液体金属は球状の液滴の形でノズルの上部に浮遊します。ノズルとゲルの相対的な動きにより、押し出された金属液滴は首を絞められ、最終的にはノズルから離れ、支持ゲルによって包まれて固定され、印刷ノズルの経路上に一連の独立した液体金属微小球が残ります。ゲル支持環境内で室温の液体金属微小球を層ごとに積み重ねることで、最終的に多次元のマクロな 3 次元構造が形成されます。
液体金属懸濁液 3D プリントの技術的な利点は何ですか?
液体金属懸濁液 3D 印刷技術は、従来の剛性構造形成モードと 3D 印刷範囲を突破します。その利点は、あらゆる複雑な形状の 3D 構造を形成できること、印刷とパッケージングを 1 つに統合できること、室温で金属部品を製造できること、3D フレキシブル回路の印刷を実現できること、成形サイクルが短いこと、製造にスキルが不要であることです。この研究は、アモルファスフレキシブル電子デバイス、インテリジェントシステムの迅速な製造、さらには変形可能な 4D プリンティングにおいて重要な価値を持っています。
何を印刷できますか?
懸垂型 3D 印刷技術は、あらゆる室温の液体材料を、あらゆる複雑な 3 次元構造を持つ柔軟で変形可能な 3 次元形状に印刷し、機能的な電子機器の製造を実現します。


頤和園の十二支の動物の頭は、液体金属懸濁液3Dプリントの原理に基づいて作られました。ハート型の立体発光回路は、液体金属懸濁液3Dプリントの原理に基づいて作られました。

将来的には、液体金属懸濁液 3D 印刷技術は、液滴の調製、柔軟な 3 次元回路の実現、電子ロジック ユニットの構築、ソフト ロボットの組み立て、材料のパッケージング、バイオメディカルなど、多くの分野に応用できます。

出典:中国科学院物理化学研究所
生物学、医学、ソフトウェア、自動車

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