積層造形: 簡単に構築できる立体型 3D プリンター

出典：浙江理工大学レーザー先進製造研究所

付加製造技術は、プロトタイプやカスタマイズされた部品の製造における革命的な力として、製造の世界を大きく変えてきました。それにもかかわらず、材料の押し出しや光硬化などの主流のプロセスでは、依然として、生産サイクルの長さや層構造の固有の欠陥などの課題に直面しています。計算軸リソグラフィー（CAL）は、革新的な体積付加製造技術として登場しました。全体的な成形特性により、印刷時間が大幅に短縮され、製品の表面仕上げが向上し、段差欠陥や長い操作時間などの従来の3D印刷の欠点を効果的に軽減します。しかし、CAL の応用は複雑な光学構成によって制限されており、新しい技術や材料の迅速な統合を妨げるだけでなく、機器の導入ハードルも大幅に上昇します。

最近、研究者たちは、平行光への依存を捨て、代わりに樹脂容器を通過する光線の経路を正確にシミュレートする戦略を採用して解像度を向上させ、プロセスの進歩を促進し、計算レイトレーシング技術を通じて CAL 投影プロセスを最適化することに取り組んでいます。これらのイノベーションは効率的かつ正確であることが証明されていますが、特に従来の 3D プリンターと比較すると所有コストが高いため、広く普及する上での障壁となっています。デジタルマイクロミラーデバイス (DMD) に依存する従来の DLP 印刷技術ではコストも大きな問題ですが、LCD 画面を使用して光線を動的に変調し、印刷パターンを生成するマスクステレオリソグラフィー (MSLA) 技術の登場により、このようなアプリケーションではより経済的なオプションが提供されます。

図 1. LCD-CAL 印刷プロセスと印刷設定。
図 2. LCD パネルの強度対グレースケールプロットと、理論上の透明度レベルと測定された出力強度の補正プロット。
図3. 20回の反復後の、最適化されていない(abc)、ZDO(bef)、およびOSMOの異なる最適化アルゴリズムによって得られた投影(ghi)の比較。
図 4. ZDO (b、e、g) と OSMO (c、f、h、i) によって最適化された DPPA 樹脂と AESO バイオベース樹脂を使用して印刷された LCD-CAL 部品の実際の画像。
フライブルク大学の研究チームは、CAL 技術の核となる利点と MSLA の経済的実用性を統合する先導役となり、LCD-CAL の概念を導入し、LCD 画面を使用して印刷されたオブジェクトの断層画像を再構成する革新的なソリューションを実現しました。このアプローチは、CAL 技術の取得の難しさを大幅に軽減するだけでなく、高速印刷と複雑な構造の構築能力を維持しながら、技術の反復と新しいアプリケーションの開発を加速し、低コストのデスクトップ体積 3D 印刷への新しい道を切り開きます。さらに、LCD-CALシステム専用にアクリレート系および大豆油系の樹脂材料を開発し、フォトレオロジーおよび光吸収分析によりその特性を評価しました。このシステムを使用して、さまざまな複雑な 3D 構造の印刷に成功し、ユーザーフレンドリーでコスト効率の高い体積 3D 印刷ソリューションとしての幅広い可能性が完全に検証されました。

関連する研究結果は、「迅速な樹脂開発のための液晶ディスプレイをベースにした、構築が簡単でアクセスしやすい体積型 3D プリンター」というタイトルで Additive Manufacturing に掲載されました。

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