四川大学研究所の成果:ポリマーマイクロナノ機能性複合材料の3Dプリント

四川大学研究所の成果:ポリマーマイクロナノ機能性複合材料の3Dプリント
2025年1月20日、南極熊は、四川大学科学技術発展研究所が最近、同校の科学研究チームの3Dプリント成果であるポリマーマイクロナノ機能性複合材料の大規模製造を発表したことに気づきました。王奇氏と陳寧氏によって機能性複合材料の3Dプリントが完成したと報じられている。現在は実験段階にあり、12件の発明特許が認可されている。

ポリマー材料の3Dプリントは、従来の加工技術では製造できない複雑な形状の部品を製造でき、電子工学、生物医学、航空宇宙などの分野で幅広い応用が期待されています。しかし、3Dプリント原材料の種類が少なく、構造が単一であるという重要なボトルネックの問題を解決する必要があり、任意の複雑な形状を印刷できますが、機能が不足しています。

図1 3Dプリントされた多孔質シールド部品
当社は、ポリマーマイクロナノ機能性複合材料の製造と3Dプリント加工のための一連の重要な技術と設備の研究を行ってきました。有機/無機混成、分子複合、固相せん断粉砕などを通じて、3Dプリント加工に適した一連のポリマー機能性複合材料を製造し、ポリマー材料の3Dプリント原料の種類が少なく、構造機能が単一であるという困難な問題を突破しました。高分子機能性複合材料の3Dプリント加工が実現し、従来の加工では作製が困難であった複雑な形状や、現在の3Dプリント加工では作製が困難な機能性高分子デバイスが多数作製され、3Dプリントの新たな応用分野が開拓されました。

図 2 3D プリント PVA ベースの組織工学スキャフォールド用に開発された材料には、ナイロン 11/チタン酸バリウム (PA11//BaTiO3) 圧電複合粉末、ポリビニルアルコール/ハイドロキシアパタイト (PVA/HA) バイオメディカル複合フィラメント、ポリエチレン/グラフェン (PE/GNP) 電磁シールド複合フィラメントが含まれます。PA11/BaTiO3 ベースの圧電エネルギー ハーベスターは、圧電ひずみ定数が 4.7 pC/N、開回路電圧と短絡電流がそれぞれ 44V と 1.8 μA で、力から電気への変換効率が高いです。PVA ベースの軟骨組織工学スキャフォールドは、圧縮係数が 11.0 MPa、貫通多孔度が 100%、細孔サイズが 448 μm、多孔度が 60% で、骨の石灰化能力に優れています。熱伝導率3.43 W∙m−1∙K−1のPE/GNPs冷却ファンは、コンピュータチップの冷却などに使用できます。

図3 スクリュー押し出し3Dプリンター 図4 3Dプリント球状粉末スケール作製技術

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