世界最先端の 3D プリント研究所を探索 - LLNL 国立研究所

ローレンス・リバモア国立研究所 (LLNL) は、カリフォルニア大学リバモア校と提携しています。 1952年に設立されたLLNLは、もともと原子力イノベーション研究所として設立されましたが、長年にわたって他の分野にも進出してきました。しかし、LLNL は依然として主に米国エネルギー省の管轄下で運営されており、同省は多くの防衛研究（空港のセキュリティやサイバースパイ活動の防止に関する革新など）も担当しているため、LLNL があまり公表しないのは理解できます。

LLNL は、世界をリードする 3D プリント積層造形研究センターの 1 つとして、最先端の探究と商業的変革価値を備えた研究を行う 3D プリント研究所を 3 つ備えています。つい最近、米国エネルギー省は、3Dプリントされた太陽光追跡装置の研究のために、LLNL国立研究所に220万ドルを割り当てました。

金属、特殊材料、樹脂、バイオプリンティング - LLNLは素晴らしい成果を達成しました

3D サイエンスバレーの見解では、米国 LLNL 国立研究所はドイツのフラウンホーファー研究所に匹敵し、3D プリント業界をリードする研究機関です。これらに共通するのは、彼らが行っている研究分野が画期的であり、彼らのような研究機関は他にほとんど存在しないということです。

LLNL の 3 つの 3D プリンティングラボでの研究は、主に金属に焦点を当てています。この研究の最も優れた成果の 1 つは、わずか 8 日間で 3D プリントされたロケットエンジンの縮小版プロトタイプでした。このエンジンは単一の部品で構成されており、組み立ては不要でした。 LLNL は、これを 3D プリントの画期的な可能性を示す製造上の奇跡だと考えています。もちろん、このエンジンの内部構造は非常に複雑で、外見から見てもベル型の開口部と湾曲した本体全体は、従来の方法では加工が困難です。この事例は、3D プリントが他の既存の処理方法よりも効率的であるだけでなく、製造コスト全体がわずか 10,000 ドルであり、組み立てを必要とする他のソリューションよりも経済的であることを示しています。

小型エンジンの 3D プリントは単なる応用研究分野ではありません。LLNL はモデリング機能、データマイニングテクノロジー、不確実性分析を使用して、3D プリントされた金属部品を最適化し、認証プロセスを加速します。現在、LLNL は金属印刷部品の微細な欠陥の原因と、内部の多孔性を制御する方法を発見しました。これにより、3D プリントされた金属構造が新たなレベルに引き上げられ、製品の品質が追跡可能になり、製品の印刷品質が再現可能になります。 LLNL は最先端の 3D 印刷装置を備えており、その最新装置には欠陥の検出や部品の認証を容易にする「フィードフォワード」システムが搭載されています。データ分析からソフトウェア制御まで、これらすべての取り組みにより、3D プリンティングは大規模生産の分野へと押し進められるでしょう。

現在、金属 3D プリントにおける大きな障害の 1 つは、粉末材料です。選択肢が非常に限られているだけでなく、積層造形用に特別に開発された金属粉末はさらに少ないのです。 LLNL は驚異的な力対重量比を実現するために、非自然的な微細構造を開発しています。 LLNLは今年6月、軽量弾性材料のハニカム構造の開発に成功したことを明らかにした。 LLNL の科学者たちは、衝撃荷重法を使用して、人工格子構造の動的特性における材料の協調動作を研究しました。研究対象には 2 つの動的特性があり、1 つは圧縮特性、もう 1 つは格子構造の弾性特性です。 LLNL の科学者は、ミクロン規模の 3D 印刷技術を通じて、格子構造をさらに操作し、メソスコピックスケールでこれらの材料に秩序と周期性をもたらし、従来の方法で設計された無秩序な格子構造を持つ材料を上回ることができます。

LLNL には、機能性プラスチック、金属セラミック、インクを組み合わせた独自の印刷方法もあります。 LLNL は、過去数か月の間に、前例のない断熱性と衝撃吸収性を備えた 3D プリントフォームの開発に成功しました。 LLNL は、有害な二酸化炭素排出を捕捉できる重曹も 3D プリントしました。 LLNL では、こうした機能的な 3D プリントが徐々に開発されており、さらなる革新が生まれています。ほんの数週間前、LLNL と Giant Leap Technologies (GLT) は、太陽光発電の微細構造の 3D プリントを研究するための技術開発契約を締結しました。

3Dプリントフォーム 3Dプリントソーダ
3Dプリントスモーク、中国初の3Dプリントメディアである南極熊は、LLNLが珍しい材料の試みで継続的にブレークスルーを達成していることを知りました。早くも2015年4月、LLNLはグラフェン材料の応用でブレークスルーを達成しました。研究室の研究者はグラフェンエアロゲルを3Dプリント材料として使用し、設計された構造に従って3Dプリントを行いました。印刷されたグラフェンマイクロラティスは優れた導電性と表面積を持ち、エネルギーを貯蔵するための新しいキャリアとして使用でき、センサー、ナノエレクトロニクス、触媒、分離などの用途に使用できます。

LLNL では、金属印刷や特殊材料の印刷に加え、樹脂印刷も研究しています。2015 年、LNLL の光学エンジニアであるブライアン・モラン氏は、大面積投影マイクロステレオリソグラフィー (LAPμSL) と呼ばれる新しい SLA 3D 印刷技術を開発し、特許を申請しました。この方法では、紫外線を使用して、これまで一般的だったマイクロステレオリソグラフィー技術よりも大きく詳細な 3D オブジェクトを作成します。この技術は、巨大さと精巧さの矛盾を解決し、中空、超軽量、高精度、極めて複雑な大型部品の製造技術の突破口となるなど、間接金型分野における感光性樹脂3Dプリントの応用を新たなレベルに押し上げることが期待されています。

さらに、LLNL の研究活動は、無生物の金属、樹脂、複合材料、特殊材料の印刷に限定されません。彼らは3Dプリント幹細胞技術を使用して血管を培養し、臓器や組織に栄養を供給するために使用することで、人間の完全な臓器を印刷するという研究をさらに一歩進めました。

出典: 3D Science Valley & 3ders.org
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