MF Precisionの2024年科学研究論文概要（第2部）

BMF Precisionは、マイクロナノ3Dプリント技術と精密加工ソリューションの世界的なプロバイダーとして、独自の技術力、高品質のサービスレベル、科学技術革新能力により、世界40か国の700を超える科学研究機関に強力な推進力を提供し、研究者がさまざまな分野を深く探求し、多くの画期的な研究成果を達成するのを支援しています。

現在、公開されている学術ウェブサイトでは、「BMF」という単語を含む関連論文の数が年々増加しており、2024年には100件を超えると予想されており、その中には『Science』や『Nature』など世界トップクラスの学術誌に掲載された論文も多数含まれています。

本稿では、マイクロナノ 3D 印刷技術がバイオニクス、新素材、メタマテリアル、テラヘルツ、マイクロナノ製造などの主要分野でどのように破壊的な役割を果たしているかを深く分析し、科学研究者に包括的、具体的、実用的な研究方向の参考資料を提供します。

バイオニクス
摩擦電気デュアルモード触覚センサー■ 掲載誌：Science Advances
■ 研究チーム：香港科技大学（広州）のYunlong Zi教授、Xin Xia教授、済南大学のXiya Yang教授 ■ DOI：10.1126/sciadv.ado6793

共同チームは、摩擦電気効果に基づくバイモーダルインテリジェント触覚センサー（BITS）を開発し、さらに摩擦電気投影マイクロステレオリソグラフィー（PμSL）3D印刷技術（nanoArch® S140、精度：10μm）を使用して、BITS構造を小型化し、電子皮膚に統合しました。

研究チームは、摩擦電気信号と材料の柔らかさの相関関係について詳細な研究を行い、摩擦電気効果電圧/接触高さの関係と機械的ヘルツ接触理論を組み合わせ、接触高さと接触圧力を使用して材料の柔らかさに反応し、材料の柔らかさと種類を識別して弾性率を定量化し、マルチモーダル信号検出における皮膚のような触覚センサーの応用を促進するための新しいアイデアを提供しました。

バイオニックデュアルモーダルインテリジェント触覚センサー
強い摩擦と弱い接着による柔軟なアタッチメントの設計戦略■ 掲載誌：Tribology International
■研究チーム：南京航空航天大学機械電気工学部冀克儒准研究員/戴振東教授の研究グループ ■DOI：10.1016/j.triboint.2023.108973

研究チームはバイオニック原理に基づき、昆虫の滑らかな足裏の内部クチクラ構造にヒントを得て、強い摩擦と弱い接着の両方を実現できるバイオニック柔軟接着機構を設計・製造した。

本研究で設計されたバイオニックフレキシブルパッドは、ハードテンプレート法を使用して準備され、すべての型は、MMF microArch® S140（精度：10μm）光硬化3Dプリントシステムを使用して製造されました。この研究では、バイオニック設計原理を通じて摩擦を増加させ、接着力を低減する柔軟なアタッチメント構造のシンプルな設計戦略を実装し、ロボットグリッパーとアタッチメントユニットの設計と製造に新しいアイデアを提供しました。

鋳型鋳造による生体模倣フレキシブルマットの製造
魚皮のようなヤヌスハイドロゲルコーティング■ 掲載誌：中国化学ジャーナル
■研究チーム：武漢大学動力機械工学部薛龍建教授の研究グループと工業科学研究所趙燕教授 ■DOI：10.1002/smll.202409121

研究チームは、魚の鱗のような構造を持つ抗力低減上面 (SLH) と強力な接着特性を持つ下面 (STH) で構成される、魚の鱗構造を持つヤヌスハイドロゲルコーティング (JHC) を設計、開発しました。

研究者らは、MMF microArch® S230（精度：2μm）を使用して、クロコイの鱗に基づいたバイオニックテンプレートを印刷しました。 STH および SLH ハイドロゲルシステム内のモノマー、架橋剤、第 2 ネットワークポリマーの含有量を調節することで、2 つのハイドロゲル層の架橋度を変更し、コーティングのスティックスリップ特性をさらに制御できます。これは、パイプライン輸送、マイクロ流体工学、海運業界における抗力低減にとって非常に重要です。

ヤヌスハイドロゲルコーティング
バイオニック・ヤヌスマイクロ流体水素製造バイオニック機能デバイス■ 掲載誌：化学工学ジャーナル
■研究チーム：ハルビン工業大学の帥勇教授チーム ■DOI：10.1016/j.cej.2024.155261

帥勇教授のチームは、自然界の樹木の通気組織と水分輸送機能にヒントを得て、気液分離効率の高いバイオニックヤヌスマイクロチャネルを提案し、マイクロチャネル電気分解水素製造の分野に応用して触媒効率を向上させました。

研究者らは、BMF nanoArch® S140 (精度: 10 μm) を使用して、能動的なガスと液体の分離機能を備えたバイオニック Janus マイクロチャネルを設計および製造しました。濡れ性非対称界面改質によるこのガス操作方法は、微小重力などの極限環境に適しており、宇宙での水素の効率的かつ信頼性の高い製造と利用に新たなアイデアを提供します。

バイオニックヤヌスマイクロチャネル

メタマテリアル
構造材料の極限機械的特性の設計基準■ 掲載誌：Advanced Science
■ 研究チーム：西安交通大学の洪俊と李宝通 ■ DOI：10.1002/advs.202307279

研究チームは厳密な数式導出を経て、機械的特性を正確に計算するための理論モデルを確立し、そのモデルに基づいて、プログラム可能な極限性能を得るための幾何学的設計基準をさらに提案しました。

研究チームは、MMF microArch® S240（精度：10μm）3Dプリントシステムを使用して、ヤング率を2桁以上向上させる効果を持つ材料サンプルを作成し、長さスケールに関してマイクロメートルスケールからマクロスケールへの飛躍を達成しました。

HAMの構築と設計戦略

マイクロラティスメカニカルメタマテリアル■ 掲載誌：Cell Reports Physical Science
■研究チーム：香港大学機械工学部の呂楊教授の研究グループ、香港理工大学の温希文教授 ■DOI：10.1016/j.xcrp.2024.102172

共同チームは、伸縮性を重視した高機械効率のオクテットトラスのトポロジカル構成を組み合わせることで、カスタマイズ可能な機械的特性を備えた透明なガラスマイクロ格子の機械的メタマテリアルを作成することに成功しました。研究チームは、MMF nanoArch® P130 と nanoArch® S140 を使用して、さまざまなトポロジ構成を持つ一連のガラスマイクロ格子メタマテリアルを準備しました。

この進歩により、機械的メタマテリアルの範囲が広がり、軽量、高強度、透明のメタマテリアルへの道が開かれ、さまざまな多機能アプリケーションの機会が生まれます。

ガラスマイクロ格子メカニカルメタマテリアルの作製
不均質構造力学メタマテリアル■ 掲載誌：Journal of the Mechanics and Physics of Solids
■研究チーム：香港大学呂楊教授の研究グループ ■DOI：10.1016/j.jmps.2024.105658

研究者たちは、クイーンコンク貝の交差積層微細構造の3次元の層状かつインタラクティブな構造コンセプトにヒントを得て、新しいタイプの生物にヒントを得た機械的メタマテリアルを設計しました。実験者は、メタマテリアルサンプルの高解像度の準備を実現するために、MMF nanoArch® S140 (精度: 10 μm) を使用しました。

この革新的な設計により、多数の制御されたせん断帯が現れ、限られた空間領域に限定される優れた破壊メカニズムが可能になり、メタマテリアルの機械的完全性と全体的なひずみの均一性が大幅に向上し、強力なメタマテリアルを設計するための新しい視点が提供されます。

クロスレイヤー構造の概略図
新素材
自己修復性および分解性イオンエラストマー■ 掲載誌：Chemical Engineering Journal
■研究チーム：広西大学のロン・ユー教授のチーム ■DOI：10.1016/j.cej.2024.149330

チームは、高い自己修復効率、耐熱性、生分解性、3D 機能を備えた CIE を開発しました。 UV 硬化によって合成された CIE は優れたイオン伝導性を示し、エラストマーネットワーク内の豊富な水素結合相互作用により、CIE は優れた伸縮性、優れた自己修復効率、分解能力、および広い温度範囲にわたって導電性と自己修復性を維持する能力を備えています。

研究チームは、Mofang nanoArch® S140（精度：10μm）を使用して、人間の皮膚の表皮と真皮の間の微細構造をシミュレートするCIEを印刷し、印刷したサンプルを高感度イオン皮膚に組み立てて、微細な変形をリアルタイムで監視しました。これらの特性は、優れた総合的な性能と実現可能な製造方法により、開発された CIE がフレキシブルエレクトロニクスの分野で幅広い可能性を秘めていることを示しています。

PACG導電性イオンエラストマー
ネットワーク形状記憶ポリマーの再構成可能な4Dプリント■ 掲載誌：Science Advances
■研究チーム：南方科技大学の葛奇教授の研究グループ ■オリジナルリンク：10.1126/sciadv.adl4387

葛斉教授の研究グループは、高解像度の DLP 3D 印刷に適した、高い機械的特性を持つ共有結合型適応ネットワーク形状記憶ポリマー (MRC-SMP) を開発し、完全に再構成可能で、高い破壊ひずみと高精度の 4D 印刷を実現しました。

チームは、MMF microArch® S240 (精度: 10 μm) を使用して、非常に複雑で高精度の再構成可能な形状記憶 3 次元格子構造を印刷することができました。印刷可能な MCR-SMP の優れた再構成可能性と溶接可能性は、形状記憶 3D 構造の製造方法に革命をもたらします。

MRC-SMPは優れた機械的特性と印刷適性を備えています。
新しい光硬化性フタロニトリル（PN）モノマー■ ジャーナル掲載：Additive Manufacturing
■研究チーム：シンガポール南洋理工大学の胡暁教授チーム ■オリジナルリンク：10.1016/j.addma.2024.104053

研究チームは、新しい光硬化性フタロニトリル（PN）モノマーを報告し、3Dプリント可能な樹脂を準備しました。PμSL技術と硬化熱分解処理により、ガラス状炭素の精密マイクロ加工に成功しました。

研究者らは、MMF nanoArch® S140（精度：10µm）3D印刷システムを使用して、得られた樹脂をミクロン解像度の3D構造に印刷しました。この方法は、医療用具、電気化学装置、精密マイクロ成形装置、さらにはエネルギーおよび航空宇宙技術におけるガラス状炭素の応用を推進するための新しい設計アイデアを提供します。

マイクロ流体音響キャビテーションデバイス
テラヘルツ
プラグアンドプレイテラヘルツ多機能スーパーデバイス■ ジャーナル掲載：Virtual and Physical Prototyping
■研究チーム：南開大学王暁雷教授の研究チーム ■DOI：10.1080/17452759.2024.2430335

王暁雷教授の研究チームは、再構成可能な多機能スーパーデバイスプラットフォームを提案した。このプラットフォームは、金属導波路アレイ (MWA) と 3D プリント構造を統合し、2 つの直交偏光テラヘルツ波の偏光、位相、振幅を独立して同時に操作します。

本研究では、MMF microArch® S350（精度：25μm）3Dプリント装置を使用して、周期2.7mm、高さ5mmの16×16ユニットからなる3Dプリント構造を準備しました。この研究では、特にレーダー、無線通信、イメージングの大規模アプリケーションにおいて、テラヘルツ再構成可能多機能メタデバイスの開発に重要な理論的および技術的サポートを提供する新しいモジュール設計方法を提案しました。

テラヘルツ再構成可能多機能メタデバイスプラットフォーム
非冷却ボウタイアレイ光増強テラヘルツ検出器■ 掲載誌：IEEE SENSORS JOURNAL
■研究チーム：聊城大学の張炳元教授、宋奇准教授、厦門理工大学の林紅毅准教授 ■DOI：10.1109/JSEN.2024.3385537

研究チームは協力して、ワイル半金属膜で覆われた3Dボウタイ構造アレイを備えたテラヘルツ波検出器を設計し、外部光場を適用することでその性能を向上させました。研究チームは、Mofang nanoArch® S130（精度：2μm）3Dプリント装置を使用して、低コストで高精度の微細構造アレイの作製を実現し、デバイス上に高品質のWeyl半金属膜を作製して、高感度、低等価雑音電力、広い有効検出面積を備えたテラヘルツ波検出器を実現しました。

この作製方法により、非冷却型高感度大面積テラヘルツ検出器の感度が外部場によって高められるという課題を解決し、さらに表面投影マイクロステレオリソグラフィー（PμSL）技術を使用して6G帯域の非冷却型高性能テラヘルツ検出器を作製できる可能性を検証しました。

デバイスの設計と特性評価
マイクロナノ製造
高度な3D機能と構造精度を備えたカスタマイズされたマイクロニードル製造■ 掲載誌：Additive Manufacturing
■研究チーム：北京理工大学の江蘭院士と韓維娜研究員 ■DOI：10.1016/j.addma.2024.104509

研究チームは高精度の3次元微細構造を製造するための新たな加工方法を提案し、形態投影型マイクロステレオリソグラフィー（PµSL）3Dプリント技術とフェムト秒レーザーベッセルビーム穴あけ加工を組み合わせて、高度なカスタマイズ性、精密な構造（寸法精度やアスペクト比を含む）、効率的な加工を備えた3次元構造を作製しました。

研究者らは、この技術を、ベベルチップマイクロニードルや多孔質マイクロニードルなどのカスタマイズされたマイクロニードルの製造に応用することに成功し、ピーク時の孔形成速度が毎秒最大20万個に達するこの技術の幅広く効率的な微細孔処理能力を実証しました。この技術は、マイクロキャビティ構造を持つ 3 次元デバイスを製造するための革新的な方法を提供するだけでなく、幅広い産業応用の見通しも持っています。

樹脂系密度勾配薄膜の新製造方法の模式図チラシ■掲載誌：Journal of Materials Research and Technology
■研究チーム：武漢理工大学の羅国強教授の研究グループ ■オリジナルリンク：10.1016/j.jmrt.2024.03.106

研究グループは、Mofang microArch® S240（精度：10μm）を使用して、樹脂ベースの軽ガス銃駆動型表面密度勾配フライヤー（ADGF）を準備しました。表面密度勾配分布と針先の数密度を設計することで、104 s-1 オーダーの荷重ひずみ速度を制御できます。

この荷重ひずみ速度範囲は、既存の一般的な荷重技術では実現が困難です。航空宇宙、国防・軍事産業、精密切削などの極端なサービス荷重分野で使用される主要材料の場合、さまざまなひずみ速度での物理的特性を取得し、材料データベースを構築することが非常に重要です。

さまざまなADGFの先端構造モデル
概要<br /> MBF は、マイクロナノ 3D 印刷技術の革新的な開発と徹底的な応用に常に注力しており、3D 印刷サービス、独自に開発された材料システム、カスタマイズされた機器、さらにはハイエンド製造チェーン全体の最適化と再構築に至るまで、主要なリンクを網羅する、統合された精密製造インテリジェントソリューションのフルレンジの作成に取り組んでいます。

2024年には、モロッコの専門サービスを通じて、多くの著名な大学や研究機関が科学研究の検証プロセスにおける効率向上とコスト削減を実現し、理論から実験検証までの科学研究プロジェクトのライフサイクルバリューチェーンを大幅に改善することができました。

今後、モロッコは科学研究成果の変革を加速し、科学研究者のためのより先進的で柔軟かつ効率的なイノベーションプラットフォームを構築し、科学研究プロジェクトの高品質な開発と革新的な成果の迅速な実施を達成することに引き続き注力していきます。

MF Precisionの2024年科学研究論文概要（第2部）

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