バーミンガム大学の研究者が3Dプリント用のリサイクル可能な樹脂を開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-5-17 11:43 に最後に編集されました

2024年5月17日、アンタークティックベアは、バーミンガム大学の研究者が、3Dプリント用途に使用できるバイオ原料から作られた新しいリサイクル可能な樹脂を開発したことを知りました。『ネイチャー』誌に掲載された研究で、研究者らは高解像度の3Dプリント構造物を完全に生物学的材料から作れることを示している。これらの製品は、耐用年数が終了すると、ほぼ完全な閉ループシステムでリサイクルできます。

△研究タイトルは「付加製造のための再生可能で循環的なフォトポリマー樹脂」（ポータル）
技術研究開発の背景

フォトポリマー樹脂は、カスタム 3D プリント部品の作成によく使用されます。しかし、3D プリントの解像度と製造速度を向上させる技術は大きく進歩しましたが、樹脂自体は 1980 年代にこのプロセスが初めて登場して以来ほとんど変わっていません。

バーミンガム大学化学部のアンドリュー・ドーブ教授は次のように語った。「私たちのアプローチは、効率的にリサイクルできない3Dプリント用樹脂の石油化学製品への依存から脱却するための重要な一歩です。」新しい樹脂の特性をさらに改善する必要はありますが、この研究は開発に向けた刺激的な新しい道を切り開きます。 ”

通常、樹脂の製造には石油化学原料が使用されます。バイオマス由来のより持続可能な樹脂の使用についてはある程度の進歩が見られますが、これらの樹脂は樹脂が硬化する際に形成される不可逆的な結合に依存しているため、リサイクル性は依然として限られています。これらの結合を切断するには、各段階で追加の化学物質を追加する必要があり、雪だるま式に増えて、材料をリサイクルする唯一の方法は、さらにそれを作ることしかできなくなるという現象が発生します。

△バーミンガム大学は、閉ループ化学リサイクルに適した再生可能な原料樹脂を生成できる動的ジスルフィド結合重合-解重合サイクルを実現する方法を提案した。
完全に生物由来の材料から作られた高解像度の 3D プリント構造

対照的に、バーミンガムが率いる研究チームは、高解像度で印刷できるフォトポリマー樹脂の製造に初めて成功したが、その後、その構成部品に分解してリサイクルし、再度印刷することができ、材料の硬化特性を維持するために少量の光開始剤を添加するだけでよい。

主任研究者のアンドリュー・ドーブ教授は次のように語っています。「私たちのアプローチは、効率的にリサイクルできない石油化学製品から作られた3Dプリント可能な樹脂への依存から脱却するための重要な一歩です。新しい樹脂の特性をさらに改善する必要がありますが、この研究は開発に向けた刺激的な新しい道を切り開きます。」

△異なる条件下での元の樹脂とリサイクル樹脂のテストの比較分析。研究者らは、1H NMR分光法、SECイメージング、フォトレオロジー、Z深度硬化スクリーニング、印刷精度、3Dプリント部品の比較を通じて、バージン樹脂とリサイクル樹脂の性能を徹底的に評価しました。このプロセスの原料は、一般的に栄養補助食品として販売されている天然脂肪酸分子であるリポ酸から作られています。研究チームは、リポ酸から2つのモノマーの組み合わせを作成し、そこからモノマーに戻すか、直接元の分子に戻すことができる樹脂を製造した。

△再生可能なリポ酸樹脂を後硬化させることで、いくつかの再生可能なリポ酸樹脂の熱的および機械的特性に関するデータが得られました。この研究では、研究者は2つの材料リサイクルを完了しましたが、さらに多くのリサイクルが可能になると期待されています。

この材料の用途としては、大量生産前に製品をテストするためにラピッドプロトタイピングを使用する産業などが挙げられます。この素材は現在、業界で一般的に使用されているものよりも柔軟性が高いが、将来的には自動車部品、医療・歯科部品、さらには宝飾品のデザインなどにも応用される可能性がある。

「光ベースの 3D 印刷業界でリサイクルを可能にすることは、材料生産の方法が急速に進化しているため重要です」と共同主任研究員のジョシュ・ウォルチ助教授は述べています。「私たちの技術により、リサイクルが 3D 印刷の本質的な特徴となることを保証できると期待しています。」

バーミンガム大学経営学部は、この樹脂と3Dプリントでの使用に関する特許申請を提出した。

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