マイクロナノ3Dプリンティング：新素材の研究開発能力と産業革新能力を効果的に向上

出典: MF Precision

近年、ビッグデータ、クラウドコンピューティング、人工知能などの先端技術の急速な発展により、新素材産業は戦略的かつ基礎的な産業となり、将来のハイテク産業の発展の礎と先駆者となっています。現在、新材料技術はナノテクノロジー、バイオテクノロジー、情報技術と統合されており、構造と機能の統合、インテリジェントな機能性材料への傾向が明確に見られます。精密、低炭素、高性能、グリーン、再生可能サイクルなどの環境に優しい特性が大きな注目を集めています。

新素材産業の現状 新素材とは、近年開発された、あるいは開発中の優れた性能を持つ構造材料や特殊な性質を持つ機能材料を指します。現在、最先端新材料には主にボラン材料、遷移金属硫化物、セラミック複合材料、3Dプリント材料、バイオニックプラスチックなどが含まれており、最先端新材料の配置を加速することは、我が国の主要戦略の1つとなっています。

新素材の分類（出典：上海交通大学徐州新素材研究所）
新素材分野は、国家の安全保障と全体的な発展に関わる戦略的かつ基礎的な主導的産業であり、安定した良好な発展の勢いを維持しています。 Precedence Researchの統計によると、世界の新素材市場規模は2022年に613.5億米ドルで、2032年には約1,127億米ドルに達すると予想されており、2023年から2032年までの年平均成長率は6.27%です。業界規模は急速に成長し、イノベーション能力は大幅に向上します。

3D プリントは革新的な材料の開発を促進します 現在、新素材の探索3Dプリントは新たなトレンドとなっており、従来の複合材料成形の限界を打ち破り、新素材製造分野に大幅なコスト削減と時間短縮をもたらす変化をもたらすことが期待されています。 Mofang の精密表面投影マイクロステレオリソグラフィー (PμSL) 高精度 3D 印刷技術は、新材料サンプルの製造効率を向上させ、製造コストを削減するための多様で革新的なソリューションを提供します。

ポリマー由来SiOCセラミックス 南方科技大学の葛奇/王容チームは、超高印刷精度と高セラミック収率を備えた PCP 前駆体を開発しました。MMF 精密 nanoArch® S130 (精度: 2 μm) および microArch® S240 (精度: 10 μm) 3D 印刷装置を使用して、サブミリメートルからセンチメートルまでのさまざまな複雑な 3 次元構造を、最大 5 μm の印刷精度で作成しました。 PCP 前駆体は 1100 °C で真空熱分解した後、SiOC セラミックに変換され、セラミック収率は最大 56.9% でした。

超高印刷精度、優れた比強度、高いセラミック収率、複雑で高精度な部品の加工性により、エンジニアリング分野や極限環境における PDC セラミックの応用が大きく促進されます。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103889

フレキシブル圧電セラミック複合材料 北京理工大学の李英氏のチームは、フレキシブル圧電セラミック複合材（FPCC）の製造精度が低いこと、圧電性能と柔軟性を同時に向上させることが難しいことなどの問題を解決するために、新しいタイプのフレキシブル圧電セラミック複合材（FPCC）を研究した。まず、柔軟な樹脂マトリックスを構成し、圧電セラミック粒子を表面機能化処理することで、FPCC の柔軟性と圧電性能の相乗的な向上を実現しました。次に、チームはnanoArch® S140（精度：10μm）を使用して体心立方（BCC）構造を準備し、圧電特性に影響を与えない光吸収剤であるTiO2を追加して、3Dプリントの精度を大幅に向上させました。最終的に製造された FPCC は、高精度、高柔軟性、優れた圧電特性を備えており、FPCC の多機能アプリケーションに向けた新たな研究方向を切り開きます。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.05.087

溶融シリカガラス 香港理工大学3DプリンティングセンターのXiewen Wen教授と香港大学機械工学部のYang Lu教授は、BMFの高精度PμSL 3Dプリンティング技術を使用して、サブミクロンの特徴とミリメートル/センチメートルの寸法を持つ3次元溶融石英ガラス部品を作製する方法を提案しました。石英ガラスの3次元マイクロナノサンプルは、精度2μmのMMF nanoArch® P130超高精度3D印刷システムによって作成されました。PμSL 3D印刷を組み合わせることで、複雑な3次元サブミクロン構造を持つ高性能透明石英ガラスを柔軟に作成できます。その解像度、構築速度、成形形式は、現在の他のほとんどの3D印刷ガラス技術よりも数桁高くなっています。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46929-x

樹脂マイクロ加工グラッシーカーボン シンガポールの南洋理工大学の胡暁教授のチームは、新しい光硬化性フタロニトリル（PN）モノマーを報告し、3Dプリント可能な樹脂を準備しました。PμSL 3Dプリント技術と硬化熱分解処理により、ガラス状炭素の精密マイクロ加工に成功しました。研究者らは、まず光硬化性PNモノマーを合成し、それを溶液に溶かして印刷可能な樹脂を調製しました。次に、PμSL技術とnanoArch® S140（精度：10µm）3D印刷装置を使用して、得られた樹脂をミクロン解像度の3D構造に印刷しました。

この方法は、医療用具、電気化学装置、精密マイクロ成形装置、さらにはエネルギーおよび航空宇宙技術におけるガラス状炭素の応用を推進するための新しい設計アイデアを提供します。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104053

3D プリントバイオインク 南方医科大学口腔科病院の于光涛氏らは、深圳湾研究所の饒朗教授の研究グループと共同で、歯周炎による骨欠損の修復を目的とした3Dプリントバイオインクを設計・開発した。バイオインクは主にEPLGMAで構成され、幹細胞と細胞小胞を充填し、抗菌、抗炎症、骨促進機能を発揮する。 BMF 精密 microArch® S230 (精度: 2 μm) は、EPLGMA に基づくバイオニックテンプレートを印刷し、テンプレート法と光開始重合を組み合わせて EPLGMA@PDLSCs@MDCSs-MV (EPM) を合成しました。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1088/1758-5090/ad2081

高強度ハイドロゲル 上海交通大学の林秋寧研究員と朱林勇教授が率いる研究グループは、新しい、かつ幅広く応用可能なハイドロゲル架橋技術を提案した。この技術に基づき、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、多糖類などの従来の水溶性ポリマーは、わずか数秒の光照射で、ハイドロゲルの製造と機械的特性をほぼ覆すほど強くて丈夫なハイドロゲル材料を形成できます。ハイドロゲル材料は10万回以上伸縮および周期的に伸縮することができます。チームはBMF精密nanoArch®P140（精度：10μm）装置を使用して、ハイドロゲル技術の利点と一般的な用途を完全に検証しました。

この技術の導入により、高強度で強靭なハイドロゲル材料の製造が容易になり、ハイドロゲルのバイオメディカル用途への幅広い想像力が生まれます。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01648-4

現在、我が国の新素材産業の発展は依然として世界的に追い上げの段階にあり、我が国の新素材産業のデジタル化発展を加速させるためには、トップレベルの企画、破壊的技術の開発と応用、インフラ建設、開発エコシステムの最適化などに力を入れることが急務となっている。

BFM Precisionは、高精度、高許容度制御、高品質、高水準の技術サポートとサービスの提供、「産学研医学」の連携を強化し、独立したイノベーション能力を向上させ、新素材産業の健全で秩序ある持続可能な発展を促進し、我が国の産業構造の最適化とアップグレード、経済の高品質な発展に力強いサポートを提供することに常に取り組んでいます。

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