[南極熊の3Dプリント文化] クリップ: 連続液体界面製造技術

この投稿は Little Raccoon によって 2017-3-21 17:17 に最後に編集されました。

CLIP : 連続液体インターフェース製造 <br /> 連続液体界面生産（CLIP）は、ノースカロライナ大学チャペルヒル校の化学教授でありCarbon3DのCEOであるJoseph M. DeSimone氏が、Carbon3Dの最高技術責任者である同僚のAlex Ermoshkin氏、およびノースカロライナ大学の化学教授であるEdward T. Samulski氏と共同で発明しました。この技術を基にベンチャーキャピタルから2億5500万元を調達し、Carbonを設立した。

CLIP テクノロジーの原理をよりよく理解していただくために、まずはアクリレートの酸素抑制効果についてご説明します。先ほど、感光性樹脂はアクリレート樹脂とエポキシ樹脂の 2 つのカテゴリに分けられると述べました。アクリル樹脂は光にさらされると酸素の影響を受けやすく、硬化に失敗します。しかし、エポキシ樹脂系の感光性樹脂には酸素阻害効果がなく、酸素の影響を受けません。多くのデスクトップ SLA プリンターの光源は樹脂タンクの下にあり、層が硬化するたびに印刷プラットフォームが上方に移動することがわかりました。これは、固化層に酸素が含まれないため、アクリルで印刷された SLA オブジェクトの成功率が高くなるためです。

CLIP テクノロジーは、従来のデスクトップ SLA テクノロジーをベースとし、アクリレートの酸素抑制効果を活用しています。透明で通気性のあるテフロン膜を樹脂タンクの底部に使用し、光と酸素を通過させます。酸素阻害効果により、樹脂タンク内に入った酸素は底部に最も近い樹脂の凝固を阻害し、数十ミクロンの厚さの「デッドゾーン」を形成します。同時に、UV 光はブラインド領域の上にある感光性樹脂を硬化させます。つまり、従来のSLAプリンターのように硬化したプリントが樹脂タンクの底に張り付かないので、印刷中にゆっくりと剥がす必要がなく、連続印刷が可能になり、通常の光硬化に比べて10～100倍の印刷速度を実現します。

CLIPの動作原理の概略図

CLIP テクノロジーは、通常は避けたい酸素阻害効果を利用することで、画期的な印刷速度を実現します。しかし、これではアクリレート系感光性樹脂に限定され、エポキシ系感光性樹脂の利点を活かすことができません。同時に、CLIP 連続印刷にはスクレーパーコーティングのステップが含まれないため、感光性樹脂の粘度が低く、流動性が良好であることが求められ、CLIP 技術で使用される感光性樹脂に対する要件が高くなります。

CLIP印刷技術プロセス

従来の SLA 技術では、層ごとに硬化および積み重ねる方法を使用して 3 次元オブジェクトを構築します。層間で光照射を中断し、硬化領域の表面を感光性樹脂で再度覆い、再度光照射を行って新しい硬化層を形成する必要があります。この方法は比較的時間がかかります。 CLIP 技術の最も重要な 2 つの利点は、前述の従来の 3D プリンターの 10 ～ 100 倍の印刷速度です。もう 1 つは、理論的にはレイヤー化が限りなく繊細になることです。従来の 3D 印刷では、3D モデルを多くのレイヤーにカットする必要があり、粗さを排除できませんが、連続液面生成モードでは、底部に投影される光画像の連続的な変化を実現できるため、プロセスの点では鋳造部品に近くなります。下の図に示すように、右側の従来の 3D プリントオブジェクトは層状構造のためせん断抵抗が劣りますが、CLIP テクノロジで製造されたオブジェクトは表面が繊細で、実際のアプリケーションでの懸念が少なくなります。

顕微鏡下での CLIP テクノロジー (左) と従来の SLA 3D プリント (右) の比較

CLIPテクノロジーの発明者であるデシモーネ教授によると、CLIPテクノロジーを使用して製造された製品は、より強力な機械的特性を備えています。このテクノロジーにより、振動制御実験や高弾性スポーツシューズの製造に使用できる、高弾性または高減衰係数のエラストマーの作成が初めて実現しました。
CLIPテクノロジーで作られたオブジェクト（左）は、より優れた弾性特性を持っています
CLIP テクノロジーは、新たなイノベーションの分野を切り開きました。最も有望なのは、パーソナライズ医療です。たとえば、患者向けにカスタマイズされた心臓ステントや冠動脈ステントの製造には、従来、数時間から数日かかりますが、CLIP テクノロジーでは、わずか 12 分で印刷作業を完了できます。ヘルスケアや医療に加えて、自動車や航空などの他の主要産業も含まれます。

現在、米国のデシモーネクリップテクノロジー研究所では、エラストマー、シリコーン、ナイロン系材料、セラミックス、生分解性材料の研究開発を行っていると承知しております。 2016年末から国内のいくつかの企業や研究機関がこの技術を開発してきました。 2017年3月、国内で商用CLIPプリンターが発売されました。

CLIP テクノロジーの発明の本当の意義は何でしょうか?ご存知のとおり、世界のナノ製造技術はすでに非常に進歩しています。ムーアの法則により、10ミクロン以下の物体の製造が可能になりましたが、10～1000ミクロンの中規模範囲の物体を人間が製造するのは、依然として非常に困難です。当社の 3D プリント技術が非常に高い精度レベルに達すると、驚くべき結果を達成できます。 3D プリンティングの技術的進歩は、ドミノ効果のように、新しいセンシング技術、新しい薬物送達技術、チップ技術など、真に革命的な製品を人類にもたらすでしょう。今後はこれらの新しい技術を徐々に皆様に普及させていきたいと思います。

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