未来に向けた3Dプリント材料と印刷技術

Antarctic Bearは、3Dプリント業界が急成長期に入ったと考えています。業界の成長とともに、材料技術の向上も業界のアプリケーションの成熟を促進しています。今日ここに立っていると、どの 3D プリント材料が将来主流となり、業界全体の発展を牽引することになるのか、考えずにはいられません。

市場調査機関のResearch and Marketは、3Dプリント材料市場が2016年の5億3000万米ドルから2021年には15億米ドルに急成長すると予測しています。では、3Dプリント材料市場を支配するのは誰でしょうか? 3D プリントサービスプラットフォーム Sculpteo が選んだトップ 10 の素材をご覧ください。

記憶機能を備えたマルチマテリアルポリマー（4Dプリンティング）

MIT とシンガポール工科デザイン大学は、極度の圧力にさらされたり、ねじれたり、役に立たない形に曲げられたりしても元の形状を記憶できる 3D プリントされた熱応答性ポリマー材料を開発しました。物体を応答温度に戻すだけで、数秒以内に瞬時に元の形状に戻ります。

メモリは、オブジェクトが異なる柔らかく伸縮性のある状態を切り替えることができるため、特に便利な特性です。この特定のケースでは、室温でもこれらの材料はさまざまな形状に「凍結」しますが、わずかに高い温度では、瞬時に固体状態に「跳ね返る」可能性があります。

この材料は、ソフトアクチュエーター、薬物カプセル、太陽電池パネル角度調整装置など、太陽エネルギー、医療、宇宙探査の分野での応用が期待されています。

カスタマイズされた医薬品印刷

小さな分子の印刷は、化学の分野では常に重要なトピックでした。Burke Laboratories は分子レベルで印刷できる 3D プリンターを発明しました。つまり、このマシンは自動化学合成を行うことができるということです。

この革新的な 3D 印刷方法は、新しい材料技術をもたらし、化学合成の複雑さを簡素化し、科学者がより多くの薬物合成を探求できるようにしました。以前は、化学合成技術の制約により、より効果的な薬物を多く開発することができませんでした。

導電性材料印刷 バージニア工科大学は、3D プリンティングを使用して、イオン液体から作られた導電性ポリマーを使用したマイクロ光硬化技術でミリメートルサイズの 3D オブジェクトを印刷しました。印刷される物体は 25μm ほど小さく、潜在的な用途には人間の細胞も含まれます。実際、この技術により、エンジニアは導電性コンポーネントや組織の足場さえも印刷できるようになるかもしれません。研究チームは、機械的特性や導電性特性など、材料の変化する可能性のある特性をさらに調査する予定です。

3D プリントによる骨インプラント、組織、臓器 ジョンズ・ホプキンス大学の研究者らは、粉砕した天然骨粉末を少なくとも30%と特殊な人工プラスチックと混合し、3Dプリント技術で希望の形状を作成するという、成功した3Dプリント材料配合を開発した。

組織や臓器に関しては、ウェイクフォレスト大学再生医療研究所の科学者らが、理論的には人体に直接移植可能な臓器、組織、骨を作成できる3Dプリンターを開発している。 ITOP 研究所は、印刷プロセス中に生きた細胞をサポートする水性ゲルを作成するための生分解性プラスチック材料も開発しました。

3Dプリント用の環境に優しい素材
主に FDM プリンターで使用される ABS プラスチックは、現在入手可能な最も一般的なプラスチックです。しかし、煙が溶けるときに有害なガスを放出するため、環境に優しいとは言えません。ミュンヘンに拠点を置く Additive Elements は、安全なバイオベースの材料の開発に取り組んでおり、それが業界の未来を象徴するものであると考えています。 Additive Elements は、不活性物質と原材料の特殊な混合物から作られた、完全にリサイクル可能で環境に優しい食品グレードの材料を開発しました。

カーボンナノチューブ 市場調査機関の Lux Research は、2016 年のトップ 3 のトレンドは、カーボンナノチューブ製品、ソフトウェアベースのプログラム可能なインテリジェント材料、IoT の発展によってもたらされる埋め込み材料印刷と技術アップグレードの需要になると予測しています。 Lux Researchはまた、カーボンナノチューブ材料と3Dプリントカーボンナノチューブが先端材料の主要市場になると予測しています。

カーボンナノチューブの円筒状炭素分子は、優れた熱伝導性、機械的特性、電気的特性を備えているため、ナノテクノロジー、半導体分野、エレクトロニクス分野、光学、材料科学などのナノテクノロジーの分野で大きな可能性を秘めています。

ミシガン州の新興企業 3DXTech は、ほぼすべての FDM/FFF デスクトップ 3D プリンター加熱および構築プラットフォームで使用でき、拡張機能を備えた 3D プリント電子機器や PCB 回路基板を作成できる、プロフェッショナルなカーボンナノチューブ 3D プリントフィラメントシリーズを発売しました。3D プリントされたカーボンナノチューブは、3D プリントされたオブジェクトを大幅に強化することもできます。 3DXTechに加えて、Arevo LabとAvante Technologyも独自のカーボンナノマテリアルを発売しています。

グラフェン

グラフェンは、炭素原子で構成された単層シート構造を持つ2次元材料です。厚さは炭素原子1個分しかない史上最も薄い材料であると同時に、通常の構造用鋼の200倍の強度を持つ史上最も強力な材料でもあります。グラフェンはほぼ完全に透明ですが、その構造は非常に高密度であるため、最小のヘリウム原子でさえ通過できません。そしてそれは人間の細胞組織と互換性があります。

医学分野では、ノースウェスタン大学のチームがグラフェンで印刷した足場に幹細胞を注入し、素晴らしい結果を得ました。まず、細胞は生き残り、その後分裂、増殖を続け、ニューロンのような細胞に変化しました。

LED の場合: Graphene 3D Lab の Romulus III は、透明導体をグラフェンでコーティングする独自のプロセスで、有機 LED 光源を印刷できます。この機能的なプリンターは人々の実際の生活や実際のニーズに近づき、この技術に基づいたより革新的な製品への扉を開きます。

コンデンサの場合: ローレンス・リバモア国立研究所 (LLNL) とカリフォルニア大学サンタクルーズ校の科学者は、グラフェンスーパーコンデンサを 3D プリントすることでカスタマイズされた電子製品を可能にしました。オーストラリアのスウィンバーン大学の研究者らは、グラフェンシートを3Dプリントすることで、より大きな電荷を保持でき、1秒未満で完全に充電できる、広く使用されている新しいエネルギー貯蔵技術（技術的にはスーパーキャパシタ）を発明した。

さらに、英国のヘイデール・グラフェン・インダストリーズも、PLA素材の強度と剛性を向上させるグラフェン強化PLAフィラメントを発売した。

これに加えて、Sculpteo サプリメントの選択肢は次のとおりです。

ナノ液滴 スイス連邦工科大学の「ナノドロップレット」3Dプリンティングは、金や銀のナノ粒子を原料として超薄型の「ナノウォール」を3Dプリントすることができる。

高温セラミックス カリフォルニア州マリブの HRL ラボラトリーズは、ステレオリソグラフィー/3D プリントと互換性があり、3D プリント後に焼成して高密度のセラミック部品を製造できる樹脂配合を開発しました。

ダイナミックシリアヘア
MITが開発したCillliaの髪の毛は、感光性樹脂硬化技術を使用して印刷されており、3Dプリントの精度を極めて細かいレベルに制御しています。これはダイナミクスの革新的な分野であり、物体を動かすためにモーターやその他の動力装置が必要だった従来の状況を変えるものです。

イオン膜 米国ペンシルベニア州立大学の科学者らが3Dプリント技術を使って作ったイオン交換膜モデルは、交換膜の抵抗を定量的に低減できる初のモデルだ。これらのパターンが新しい膜の抵抗を減らす効果を説明するには、単純な並列抵抗モデルだけで十分です。

繊維強化樹脂複合材料

複合材料の微細構造の分布と方向を完全に制御するために、英国ブリストル大学は、溶融フィラメントの代わりに複合材料を3Dプリントする方法を発見しました。これは、感光性樹脂技術に基づく3Dプリント技術です。超音波は材料の微細構造配列を誘導するために使用され、レーザービームはエポキシ樹脂を硬化させるために使用されます。南極クマ3Dプリントネットワークにご注目ください。

出典: 3D Science Valley 拡張読書蔡道勝: いくつかの主要な3D印刷技術の将来の発展予測ドバイは、完全に3Dプリントされた住宅を建設するための将来のアクセラレータープログラムを開始

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