英国の科学者が超音波を利用して新しい複合3Dプリント材料を開発

最近、英国ブリストル大学の研究チームが3Dプリント複合材料を開発するための新しい方法を開発しました。これにより、マルチマテリアル3Dプリント技術の開発が促進される可能性があります。

Antarctic Bearによると、この方法の原理は、超音波を使用して小さな強化繊維の配置と位置を正確に制御し、それらが固体の微細フレームワーク構造を形成するようにすることで、材料の強度を大幅に向上させることです。

「基本的な概念は単純です。液体樹脂を何百万もの極小繊維と混ぜて、それを印刷するのです」と、この方法を開発した博士課程の学生、トム・ルウェリン・ジョーンズは説明する。「この新しい素材は扱いやすく、小さなノズルから簡単に目的の場所に送ることができます。印刷プロセスは他の 3D 印刷プロセスと同じで、繊維を層ごとに追加していきます。」

開発中に研究者が直面する最大の課題は、小さな繊維を操作して正しい構造を形成する方法を見つけることです。この方法でのみ、複合材料は超高強度を実現できるからです。最終的に、彼らは超音波がこの課題を解決できることを発見しました。実際の印刷では、超音波の定在波パターンを変えるだけで、各繊維の正確な制御を実現できます。

「超音波は液体プラスチックに構造力場を作り出し、それがノードと呼ばれる低圧領域で繊維を整列させます」とルウェリン・ジョーンズは説明します。「その後、集中したレーザー光線で硬化させることで繊維を所定の位置に固定します。」

研究者らは、切り替え可能な焦点レーザーモジュールを既存の 3D プリンターに取り付けることで、この新しい方法を使用して 20 mm/秒の印刷速度を達成しました。これは、従来の 3D 印刷の速度の範囲内です。さらに、この方法の利点としては、従来の方法では作成できない構造を実現できる高い柔軟性、ほぼあらゆる種類、サイズ、形状の繊維を使用できるため、よりインテリジェントな材料を開発できることなどが挙げられます。

「私たちの研究は、3D 印刷中に材料の微細構造の分布をリアルタイムで制御することを初めて実証しました。これは、複雑な微細構造の迅速な試作に大きな可能性を秘めています」と、ブリストル大学機械工学部の超音波教授であるブルース・ドリンクウォーター氏は語ります。「この方向制御により、印刷の他の利点を犠牲にすることなく、特定の材料特性を持つオブジェクトを作成できます。」

「さらに、私たちの方法は、自己修復材料の開発のための樹脂充填カプセルの3Dプリントや、エネルギー収集のための圧電粒子など、スマート材料への応用価値も高い」と、ブリストル大学航空宇宙工学部の博士課程学生リチャード・トラスク氏は付け加えた。

新しい手法に関する研究論文「超音波を使用して 3D プリント部品のマイクロスケール構造を制御する」が、Smart Materials and Structures 誌の最新号に掲載されました。ご興味がございましたら、ここをクリックしてお読みください。

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3ders経由

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