グラフェンノーベル賞受賞者への3Dプリントギフトはいかにして作られたか

この投稿は、Arsenal Ball Boy によって 2016-4-29 17:28 に最後に編集されました。

1. ノーベル賞受賞者への贈り物を依頼された 今年4月初旬、私は友人から、グラフェンのノーベル賞受賞者であるコンスタンチン・ノボセロフ教授への3Dプリントギフトの設計と製造を依頼されました。ノーベル賞受賞者は毎年開催される国際グラフェンサミットに出席するため4月に中国を訪問する予定だ。友人は、贈り物にグラフェンの要素を取り入れ、3D プリントによってもたらされる独自性を反映させたいと考えています。同時に、時間は1週間未満と限られています。

2. 36歳でノーベル賞を受賞した偉人 この依頼を受けた後、Antarctic Bear 3D Printing は大きなプレッシャーを感じ、どのように始めればよいのか全く分かりませんでした。さて、グラフェンのノーベル賞受賞者への贈り物なので、この偉人の経歴を調べる必要がありそうです。

コスタンチン・ノボセロフは英国マンチェスター大学の科学者です。彼はモスクワ物理工科大学を卒業し、その後オランダのラドバウド大学で博士号を取得しました。 2001年、ノボセロフは博士課程の指導教官であるアンドレ・ゲイムとともに研究を行うため、英国のマンチェスター大学に赴いた。 2004年、ノボセロフはトップジャーナル「サイエンス」に、グラファイトからグラフェンの単層を剥離した論文を発表し、この研究分野における画期的な出来事となった。 2010年、ノボセロフ氏とその指導者はグラフェンに関する功績によりノーベル物理学賞を受賞した。彼はわずか36歳で、1973年以来最年少の物理学賞受賞者となった。ノボセロフ氏は数々の賞を受賞しており、現在は英国マンチェスター大学の名誉物理学教授および英国王立協会（FRS）会員である。2012年には英国新年叙勲でナイト爵を授与された。ノボセロフアカデミー会員は、2013年10月以来、「EUグラフェンフラッグシッププログラム」に参加する最初の中核リーダーの一人として招待され、マンチェスター大学に英国国立グラフェン研究センターを設立しました。

3. 悲劇的な 3D プリント肖像画計画 この偉大な人物の経歴を読んだ後、Antarctic Bear は 3D プリントの肖像画が良い選択であると感じました。従来の写真と比較すると、3D プリントされた肖像画はより立体的です。体全体の形をスキャンし、3D カラープリンターが肖像画モデルの小さなバージョンを「印刷」するのを待つだけです。さらに、3D プリントされた肖像画のリアルさは蝋人形館の蝋人形に劣らず、制作時間も従来の手作業による制作時間よりもはるかに短くなります。ノーベル賞人形の手にグラフェンの分子構造模型やグラフェン素材を含んだメダルなどグラフェンの要素を加えれば、受賞者本人もきっと喜ぶだろう。

しかし、この計画は実行中に大きな困難に直面した。ノーベル賞受賞者の全身スキャンを行うことが不可能だったのだ。見つけられるのはこの偉人のさまざまな写真だけなので、3D モデリングは極めて困難です。 3Dプリント肖像画はモデリング、印刷、着色などのプロセスを経る必要があるため、集団討論と総合的な評価を経ても、1週間以内にノーベル賞受賞者のリアルな3Dプリント肖像画を制作することは困難です。まあ、この計画は諦めなければなりません。

4. 心を開くクリエイティブなデザイン 翌日、すべてがまた始まった。肖像画を3Dプリントする計画は却下されたので、自分たちでクリエイティブなギフトをデザインできるでしょうか? Antarctic Bear のデザインチームがこの責任を引き受けました。一日の懸命な作業の末、設計モデルが完成しました。モデル全体は3つの部分に分かれます。

最初に構築される要素はグラフェンの分子構造であり、グラフェンがハニカムグリッド構造を形成する炭素原子の単層からなる2次元材料であることを示しています。この分子構造の下部には英語の「グラフェン」という単語があり、これは上部の分子構造が単層グラフェンであることを意味します。この部品は、グラフェン粉末を含むポリマー 3D プリントフィラメントを使用して印刷される予定です。

2 番目の部分は分子モデルの背後にある結晶で、グラファイト鉱物の結晶を表しており、単層のグラフェンがグラファイトから剥離されていることを示しています。この剥離法はノボセロフ教授が発明した「機械的剥離法」であり、ノーベル賞を受賞した理由の一つでもあります。実は、これは非常に「素朴な」方法で、透明テープにグラファイトシートを貼り付け、テープを繰り返し折り曲げたり引き裂いたりしてグラファイトシートをどんどん薄くし、最終的に単層のグラフェンを得るというものです。

3 番目の部分はモデルのベースであり、正六角形の二重層グラフェン分子構造として設計されています。ノーベル賞受賞者の名前と賞を寄贈した企業の名前が記載されています。この英字は透明な素材を使って印刷されます。その理由については、今は秘密にしておいて、後で詳しく説明します。台座の側面には、ノーベル賞受賞者が出席した会議の名称と、賞を寄贈した企業の中国語名が凸型に印刷されています。

次はイースターエッグの部分です。より良い視覚効果を出すために、モデルに LED ライトを追加します。 LED ライトはグラファイトミネラルクリスタルとベースに配置されており、色が異なります。そのため、ベース上の英語の文字は、光が通過できるように透明な 3D プリント材料を使用して印刷する必要があります。

照明をつけるには電気が必要ですが、電池や電線はどこにあるのでしょうか?設計を通じて、LED ランプのすべてのコンポーネントをベースに完全に統合しました。下の写真はベースに埋め込まれた電池ボックスを示しています。 3D プリントと LED ライトの組み合わせ、このような珍しく考え抜かれたデザインは、Antarctic Bear 以外の 3D プリントメーカーではなかなか見つからないと思います。

さて、ギフトの全体的なデザインを見てみましょう。完璧！

4. とげとげの中での印刷工程 最初のステップは、各コンポーネントに異なる色を選択することです。各パーツを別々に印刷するため、異なる色を使用できます。 Antarctic Bear では何百ものシルクカラーからお選びいただけます。これまでに見たことのあるすべての色を取り揃えていますので、選択できる範囲が非常に広くなっています。

このモデルでは、グラフェン分子構造部分はグラフェン粉末を含むフィラメントを使用して印刷する必要があるため、黒色のみとなります。グラファイト鉱物結晶には青色 LED ライトを追加する必要があるため、効果の観点からは白色が最も適した色です。しかし残念なことに、シリカ鉱石は白色です。この曖昧さを避けるために、視覚効果を犠牲にして、グラファイトの自然な色であるシルバーグレーを選択する必要がありました。台座の色に決まりはありません。最終的に、グラフェン産業の急成長を象徴する金色に決定しました。オスカー像も金色ですか？ハハ。

2 番目のステップは、ベースとグラファイト鉱物結晶を印刷することです。印刷の過程で、英語の文字は特に印刷が難しく、透明素材を使用した解決策は成功しにくいことがわかりました。同時に、冷光源を使用しているため、フォントが小さすぎて、光の透過率が非常に悪いです。そこで、デザインを何度か調整し、4つのベースを捨てた上で、ベース文字のサイズを可能な限り大きくし、凹面を利用して文字を可能な限り細くすることで、より良い光透過率を実現しました。
ベースと比較すると、グラファイト鉱物結晶の印刷は比較的滑らかです。 LEDライトと電池を取り付けて、模型が形になりました。暗い部屋での効果を見てください。青いクリスタルと緑のネームがとても美しいです。これまでのすべての努力が、この瞬間に価値あるものになったように感じます。

3 番目のステップは、グラフェンの分子構造コンポーネントを印刷することです。予想外にも、グラフェン粉末を添加したワイヤー素材は特に脆く、成形が非常に困難でした。 10回以上の印刷と設計調整を経て、5層の分子構造ユニットを元の設計通りに印刷することはほぼ不可能であることが判明しました。そのため、まず分子構造とグラフェンを別々に印刷して、部品の製造の難易度を軽減します。第二に、贈り物が時間通りに準備できることを保証するために、2層の分子ビルディングブロックのみが印刷されました。

最終的に、翌日の配送前にすべてのコンポーネントが組み立てられ、3Dプリントされたグラフェンモデルが完成しました。さて、午前12時です。

5. ノーベル賞受賞者への 3D プリントによるクリエイティブな贈り物 次に、適切なサイズのギフトボックスを購入し、その中にギフトを入れます。北京から深センへ飛ぶために空港へ移動します。丁寧に準備された贈り物の安全を確保するため、準備中は贈り物を手に持ってください。空港のセキュリティチェックで質問を受けました。私が自己紹介をすると、空港の職員はとても興味を持ってくれました。

2016年4月14日、清華大学深圳大学院で2016年グラフェンサミットフォーラムが開催されました。最初のサミットでは、グラフェンのノーベル賞受賞者であるアンドレ・ガイム卿が基調講演を依頼されましたが、今回のイベントでは、グラフェンの別のノーベル賞受賞者であるコンスタンチン・ノボセロフ卿が会議の基調講演を依頼されました。また、世界初のカーボンナノチューブタッチスクリーンの産業化を実現した范寿山院士、世界初のグラフェンの化学合成を実現した李玉良院士をはじめ、米国、欧州、アジアなどの国と地域の著名な教授や業界エリートが、グラフェン、カーボンナノチューブなどの低次元材料に関する20件以上の素晴らしい報告を行い、この分野における最新の科学技術の進歩と産業発展の動向を紹介した。このイベントには、政府機関、研究機関、優れた企業、関連メディア、投資・融資分野など、各界から約100名が参加し、この分野では最高レベルの業界イベントとなりました。

グラフェンのノーベル賞受賞者である英国マンチェスター大学のコンスタンチン・ノボセロフ教授が、「ファンデルワールスヘテロ構造」をテーマに基調講演を行いました。

その夜のディナーで、会議のメインスポンサーである Encarbon New Materials (000511) が、ノボセロフ教授にこの丁寧に準備された贈り物を贈呈しました。ユー・ハオ博士は、3Dプリントとグラフェンという2つの破壊的技術を組み合わせた創造的な贈り物が、将来の科学技術の発展の傾向を示すことができることを期待しながら、ノボセロフ教授に贈り物のデザインコンセプトを紹介しました。ノボセロフ教授は特に興味を示し、使用されたグラフェン粉末を含むワイヤ材料の導電性について具体的に質問しました。彼はまた、英国マンチェスター大学に戻った後、修士課程の学生にその導電性を研究するよう依頼するつもりだと冗談を言った。

その後、ノボセロフ教授は即興でスピーチし、「これまで私たちは約20年間グラフェンの探究と研究を続けてきました。皆さんがこれからも粘り強くこの道を進み、グラフェンの幅広い応用を真に実現し、ついに実を結ぶことを願っています！」と述べました。

グラフェン材料や3Dプリントについて詳しく知りたい場合は、NanjixiongのカスタマーサービスQQ/WeChat 392908259、メール[email protected]、電話010-53350708までお問い合わせください。

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