蘭州化学物理研究所、3Dプリント用高性能インク材料の研究で進歩

図 1: DLP 3D プリントされたポリイミドオイルフィルタープラグと 300oC/3h の高温焼成実験<br /> 蘭州にある中国科学院化学物理研究所固体潤滑国家重点実験室の表面・界面研究チームは、高性能インク材料の3Dプリントで進歩を遂げた。同社は、優れた総合特性を有する3Dプリント用高性能ポリイミド感光性樹脂を開発し、高精度、高耐熱性、高強度の複雑な構造部品や機構の直接3Dラピッドプロトタイピングを可能にしました。

3D プリント技術 (積層造形とも呼ばれる) は、特殊な複雑な構造を迅速に製造するための高度な成形技術です。中でも、光硬化型3Dプリント（SLA、DLPなど）は、印刷精度が高く、印刷物の表面品質が優れていることから、国内外の3Dプリント業界から大きな注目を集めており、特に複雑な形状（中空部品など）や特に微細な形状（手工芸品、ジュエリーなど）の部品の製造に使用されています。

しかし、現在光硬化型3Dプリントに使用されている樹脂材料は主にアクリル樹脂やエポキシ樹脂材料です。このタイプの樹脂材料で印刷された成形部品は、機械的強度が劣る、耐高温性が劣る、吸湿・膨張しやすい、化学的安定性が劣るなどの欠点があり、そのほとんどは100℃以下の環境でしか使用できません。そのため、その応用範囲は主に模型、サンプル、設計検証、アート製品の製造に限定されており、部品の直接製造というボトルネック問題を打破することは困難です。そのため、自動車、航空宇宙、エレクトロニクスなど、総合的な性能要件が高い分野での実用化要件を満たす高性能3Dプリントインク材料の開発は、国内外の3Dプリント分野が直面する重要な課題と研究の焦点の1つとなっています。

図 2: DLP 3D プリントされたポリイミド耐熱部品 (ベアリング、ギア、ギアボックスカバーなど)/モデルと成形部品の表面形態<br /> ポリイミドは特殊なエンジニアリング材料として、優れた機械的性質、耐高温性、耐化学腐食性、優れた誘電特性を備えており、航空、宇宙、マイクロエレクトロニクス、ナノ、液晶、分離膜、レーザーなどの分野で広く使用されています。高性能 3D プリントポリイミドインク材料の開発が、多くの分野で幅広い応用の可能性を秘めていることは間違いありません。しかし、ポリイミドの不溶性や難燃性などの加工上の問題が、常にその応用と開発を制限するボトルネックとなってきました。したがって、優れた溶解特性を持つ高速光硬化性ポリイミド樹脂を設計および調製することが、無溶剤などの特殊な要件を満たす光硬化性 3D 印刷インクを開発するための鍵となります。

研究者らは、ポリイミド分子構造の設計を通じて、優れた溶解性を備えた高速光硬化性ポリイミド樹脂と、優れた耐高温性およびその他の総合的な特性を備えた3D印刷用の光硬化性ポリイミドインクを開発しました（3D印刷用の無溶剤および光硬化性ポリイミドインク、J. Mater. Chem. A DOI: 10.1039/C7TA01952A）。 3Dプリントされたポリイミド材料のガラス転移温度は200℃以上です。300℃のオーブンで処理したり、高温の油に浸したりしても、破損したり曲がったりせず、良好な機械的強度を維持します（図1）。これは、優れた高温安定性を備え、高温で長時間使用できることを示しています。この樹脂材料で印刷された複雑な構造の機械部品やモデル（図2）は、航空宇宙、自動車製造、マイクロエレクトロニクスの分野で開発され、応用されることが期待されており、関連分野で3Dプリントの高度な製造技術を使用して、高精度、高耐熱性、高強度の複雑な構造部品やメカニズムを直接ラピッドプロトタイピングする新しい機会を提供します。

この研究は、中国科学院「西光」、蘭州化学物理研究所「特別人材計画」、甘粛省自然科学基金（1606RJZA051）、甘粛プライムテクノロジー株式会社の支援を受けて行われた。

さらに読む：「スイスのRegenHUが5種類の新しい生物学的3Dプリントインクを発売」

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出典：中国科学院蘭州化学物理研究所固体潤滑国家重点実験室

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