NTU とパナソニックが、スマートフレキシブルデバイスを迅速に印刷するための多波長レーザーマルチマテリアル 3D プリンターで協力

2023年6月30日、シンガポールの南洋理工大学（NTUシンガポール）、パナソニックファクトリーソリューションズアジアパシフィック株式会社（パナソニック）、シンガポール3Dプリンティングセンター（SC3DP）の科学者が協力し、スマートでフレキシブルなデバイスの3Dプリントを迅速かつ容易に行うために、多波長の高出力レーザーを使用した新しいマルチマテリアルプリンターを開発しました。
△マルチマテリアル 3D プリンターチームのメンバー: マルチマテリアル 3D プリンターチームには、共同リーダーのパナソニックゼネラルマネージャーのロー・ムン・ジ博士、NTU 機械・航空宇宙工学部 (MAE) 研究員のスチャンド・サンディープ博士、パナソニックシニア研究エンジニアのニコラス・タム博士、シンガポール 3D プリンティングセンター共同リーダー、NTU MAE スクールのムルケシャン・ヴァダッケ・マサム准教授、パナソニック研究エンジニアのジョエリム博士、NTU 工学部準研究員のダリル・リム氏が含まれ、背景で新しく開発されたプリンターを示しています。ムルケシャン准教授が、3D プリントされた伸縮性圧力センサーのサンプルを手に持っています。画像提供: 南洋理工大学、シンガポールマルチマテリアルプリンターの動作原理は、異なる波長のレーザーを使用して熱反応と化学反応を起こし、一般的な炭素ベースの材料 (ポリイミドと酸化グラフェン) を新しい高多孔質グラフェンに変換することです。この新しいタイプのグラフェンで印刷された構造は、軽量で導電性があるだけでなく、プラスチック、ガラス、金、布などの柔軟な基板に印刷またはコーティングして、柔軟なデバイスを作成することもできます。
△上段: ガラスと柔軟なゴム基板上に 3D プリントされたグラフェン構造。下段: 紙とシリコン基板上に新しく作成された、事前に設計されたグラフェン層。
従来、電子機器や部品は金属、シリコン、セラミックなどの硬い材料で作られてきましたが、曲げたりねじったり、さまざまな表面に簡単に適合できる柔軟なウェアラブル電子機器の開発への関心が高まっています。
プロジェクトの共同リーダーで、NTUの機械・航空工学部（MAE）およびSC3DPの准教授であり、シンガポールの国立積層造形イノベーションクラスター（NAMIC）の主任研究員でもあるムルケシャン・ヴァダッケ・マサム准教授は、次のように述べている。「私たちのプロジェクトの目的は、プラスチックや布などのフレキシブル基板に印刷またはコーティングできる特性を持つ有機ポリマーやグラフェンなどの炭素系材料などの新素材を3Dプリントする方法を見つけることです。これにより、柔軟で伸縮性のある回路を作成できます。3Dプリントされたフレキシブルエレクトロニクスは、より軽量で小型化できるため、より快適でモバイルなウェアラブルデバイスへの道を開きます。従来のリジッドエレクトロニクスでは不可能だった独自の構造を作成できるようになりました。」
3DプリントされたスマートIVバッグセンサー

新しく開発された3Dプリンターは、すでにアメリカの多国籍メーカーJABIL-MTIペナンを含むいくつかの企業の関心を集めています。
JABIL-MTI ペナンは、3D プリントされたグラフェンエレクトロニクスをスマート輸液システムに統合することを目指しています。概念実証は、人工知能を搭載したプリントセンサーが埋め込まれた低コストの静脈内（IV）液バッグのプロトタイプを通じて実証されました。このデバイスは、点滴の状態を監視し、圧力、流量、温度などのパラメータを調整し、その情報をスマートフォンにリアルタイムで送信するために使用できます。これにより、医療スタッフは遠隔地から異常状態を効率的に監視、制御、検出できるようになります。
△JABIL-MTIPenangのスマート輸液システムのプロトタイプ。人工知能によって駆動するプリントセンサーが埋め込まれた低コストの静脈内（IV）液バッグが含まれています。
研究チームは、NAMIC からの資金提供を受けて、圧力センサーやヒーターなどの高性能電子機器の製造に 3D プリント部品を統合する可能性もテストしました。
「当社の技術は、さまざまな用途に使用できる、多孔質で導電性の高いグラフェンベースの材料を作成できます」と、パナソニックのゼネラルマネージャーであり、このプロジェクトの共同リーダーであるロー・ムン・ジ博士は述べています。「従来のグラフェン製造方法と比較して、当社の方法はより速く、より安価で、幅広い材料との互換性に優れています。」
NTU-パナソニックチームは、新しく開発されたマルチマテリアル 3D プリンターが、市場の他の類似製品とは比べものにならない柔軟性と機能性を備えていると考えています。プロジェクトメンバーは、このイノベーションは3Dプリントの分野に革命をもたらし、新製品の設計とイノベーションの新たな可能性を切り開く可能性があると述べている。
このプログラムは、シンガポール経済開発庁（EDB）の支援を受けて、産業大学院プログラム（IPP）の一環として2016年に開始されました。長年にわたり、プロジェクトチームは 2 件の特許を申請し、11 の国際会議で発表し、11 の論文を発表しました。また、パナソニックはシンガポールの南洋理工大学で博士号を取得した3名の科学者とエンジニアを支援しました。
SC3DPのエグゼクティブディレクターであるパウロ・バルトロ教授は、次のように述べています。「シンガポール3Dプリンティングセンター（SC3DP）では、電子機器やウェアラブルを含む多くのアプリケーションや産業分野での積層造形の使用を調査しています。パナソニックは戦略的パートナーであり、このプロジェクトを通じて達成された優れた結果に非常に満足しています。これは、SC3DPとパナソニックの研究チームの懸命な努力のおかげです。このプロジェクトは、当センターの技術的および科学的能力と、私たちがどのように産業を支援し、価値を創造できるかを示す素晴らしい例です。」
パナソニックは、未来のスマート工場のコンセプトとして同社が提唱する「自律型工場」の一環として、マルチマテリアルプリンターで製造した部品を使用するというコンセプトをさらに試験するため、シンガポールの研究センターに新しいレーザー製造システム施設を設立した。新しい施設は、ロー博士と、NTUとパナソニックの共同プロジェクトにも参加している研究者のニコラス・タム博士、ジョエル・リム博士によって運営される。

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