研究者らは、2PP 3Dプリンティングで高解像度の複雑な微細構造の精密な製造を実現

この投稿は Bingdunxiong によって 2023-11-10 16:39 に最後に編集されました

はじめに：ドイツのフライブルク大学ネプチューン研究所の科学者たちは、一連の研究で、2PP 2光子重合 3D 印刷の可能性を既存の限界まで押し上げただけでなく、2021 年に驚異的なサブミクロン解像度を実証し、複雑なプラチナ 3D 微細構造の印刷に成功しました。この一連の研究成果は、マイクロスケール製造業の最先端の研究に新たなアイデアを提供します。

△NanoOne 2PP 3Dプリンターを使用したシングルミクロン埋め込みマイクロ流体チップ。マヌエル・ルイツ氏とその同僚は、チャネル直径がわずか30ミクロン、チャネル間隔が4ミクロンで、チャネルの長さが20cmを超える液滴生成器とチップの印刷に成功しました。
2023年11月10日、アンタークティックベアは、今年、チームが前例のない速度で同様のタングステン構造を生成することに成功し、シングルミクロンの解像度を持つ埋め込み型マイクロ流体チップの製造にも成功したことを知りました。この一連の成果は、3D プリンティング分野における新たなブレークスルーであり、複雑な微細構造や高解像度のマイクロ流体チップのカスタマイズされた製造に新たな可能性をもたらします。

△UpNanoのNanoOne 3Dプリンター主任科学者Manuel Luitz氏は、オーストリアの会社UpNanoのNanoOne 2PP 3Dプリンターを使用し、成功を収めました。ルイツ氏をUpNanoに引き入れることに成功した同社は、技術の改善、効率性の向上、応用分野の拡大など、2PP 3Dプリンティングの実現可能性のルールを再定義し続けることを計画している。

2PP 3D 印刷技術は高解像度を実現する可能性を秘めていますが、実際のアプリケーションでは、印刷速度が遅いことと、利用できるフォトポリマー材料が限られていることという 2 つの大きな制限があります。しかし、ドイツのフライブルク大学の NeptunLab で数年間研究を行った後、Manuel Luitz 氏は、おそらく技術の改善や新素材の開発によってこれらの制限を大幅に緩和することに成功し、2PP 3D 印刷技術の応用の可能性をさらに広げました。

この研究の結果は、Advanced Materials、Advanced Engineering Materials、Advanced Materials Technology の各誌に 3 本の論文として連続して掲載されました。

△論文「2光子リソグラフィーを用いた1マイクロメートル分解能の埋め込み型マイクロ流体チップの作製」（ポータル）
スマートチップチャネルクリーニング

この最新の開発では、ルイツ氏と彼のチームは、NanoOne プリンターを使用して、シングルミクロンの埋め込み型マイクロ流体チップの開発に成功しました。このプリンターは、最大 15 桁高い高解像度の 3D プリントが可能です。チームはプリンターの機能を利用して、外界とのインターフェースを介して圧力駆動ポンプに接続できるチップの印刷に成功しました。

「これはマイクロ流体チップ製造における画期的な進歩です。マイクロ流体チップの高解像度 3D 印刷における主な障害の 1 つは、チャネルに埋め込まれた未硬化材料の洗浄です」とルイツ氏は説明します。「これにより、チャネル長が最大 20 cm の曲がりくねったチップ、液滴生成チップ、および 30 μm のポスト直径と 4 μm のポスト間隔による決定論的な横方向変位に基づく細胞選別チップを製造できるようになります。」

ルイツ氏はさらにこう説明する。「したがって、NanoOne を使用することで、センチメートル単位の寸法とマイクロメートル単位の解像度を持つマイクロ流体チップを 12 時間未満という妥当な時間で印刷することができました。」

△論文「タングステンおよびタングステンカーバイド微細構造用有機無機フォトレジンの高解像度パターニング」（ポータル）
理想的なタングステンの印刷

これに先立ち、ルイッツ氏は NanoOne プリンターをこれまでとは全く異なる分野に応用しており、これにより 2PP を使用して 3D プリントできる材料の範囲が大幅に拡大されることになります。彼は高解像度の付加製造プロセスを応用して、タングステンとタングステンカーバイドを「制御」することに成功しました。これは決して簡単な作業ではありません。どちらの材料も硬度（モース硬度 9.0）と耐熱性（融点 > 3,400°C）が非常に高いことで知られており、加工が困難です。しかし、エミッターチップ、プローブ、マイクロツール、さらにはタングステンとその炭化物で作られた高解像度の物体を使ったメタマテリアルや触媒などのアプリケーションは、需要が高いです。

△論文「白金微細構造作製のための有機無機フォトレジンの高解像度パターニング」（ポータル）
「NanoOne プリンターを使用することで、タングステンイオンを含む有機無機フォトレジンをベースにした製造プロセスを設計することができました」とルイツ氏は説明します。「その後、ポリマー部品を熱で脱結合して還元し、タングステン部品の最終解像度は 2μm、タングステンカーバイド部品の解像度は 7μm になりました。」

△ 2PP技術により実現したタングステンおよびタングステンの微細構造
ルイツ氏が3Dプリント技術を使ってタングステンの印刷に成功したのは偶然ではない。チームは以前にもプラチナで同様の結果を達成していた。実際、彼らは 300nm の解像度で、自立型ナノピラーや複雑な 3D プラチナ微細構造を生成することができました。このような微小構造は、プラチナの大きな表面積と物理化学的特性が非常に求められるメタマテリアルや触媒など、さまざまな工学用途に役立つでしょう。

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