パデュー大学がさまざまな形状の圧電材料を作成するための新しい3Dプリント方法を開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2023-4-22 11:13 に最後に編集されました

2023年4月22日、アンタークティックベアは、パデュー大学の研究者が圧電特性を持つポリフッ化ビニリデン（PVDF）部品を製造する「新しい電極支援積層造形（EPAM）」と呼ばれる方法を開発したことを知りました。この技術は将来、マイクロエレクトロニクスデバイス、フレキシブルセンサー、その他のアプリケーションの製造に使用される可能性があります。

△新しい電気分極アシスト積層造形（EPAM）技術
電気分極アシスト積層造形技術

パデュー大学の研究者らは、圧電分極と 3D プリントを組み合わせて、再現性のある圧電特性を持つ複合材料を作成することに成功しました。この材料は、結晶のような逆反応を利用して、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することができます。

△Arkema Fluor X Kynar PVDF 3D プリントフィラメント材料チームは、Arkema Fluor X Kynar PVDF フィラメント材料を使用して、MarkerBot Replicator 2 で実験を行いました。その後のテストでは、これを直接インク書き込み（DIW）と組み合わせて簡単な回路を作りました。このプロジェクトは、NSFからの助成金によってサポートされており、健康および産業プロセス用の新しいセンサーを作成するためのRoseHubのより広範な取り組みの一環です。

この技術を応用することで、センサー、エネルギー収集、データ伝送などの分野で、3D プリントされたコンポーネントにさらに多くの機能と用途を与えることができます。パデュー大学の研究チームは、自分たちの研究がよりスマートな 3D プリント製品を作るための基礎を築いたと考えています。

△この研究は、Additive Manufacturing誌に「分極アシスト3Dプリンティングを用いた圧電活性ポリフッ化ビニリデンフィルムの作製：完全3Dプリント機能性材料に向けて」と題して掲載されました（ポータル）
3Dプリント技術を用いた圧電部品製造の新手法

パーデュー大学は、ミネソタ大学、デンバー大学、ノースカロライナ大学シャーロット校と提携し、以前の研究を実施した「人間の幸福のためのロボット工学とセンサー」イニシアチブに参加しています。主なアイデアは、低コストのプロセスを使用してさまざまな形状の圧力センサーを製造することです。このプロジェクトは、パデュー大学工学技術学部の助教授ロバート・ナウロッキ氏が主導している。

ロバート・ナウロッキ氏は、EPAMプロセスはポリフッ化ビニリデン（PVDF）の材料押し出しと電気分極補助を組み合わせた製造方法であると述べた。このプロセスでは、溶融した PVdF ロッドを引き伸ばすことで、フィルム面内のアモルファス線が再配置され、印加された電界によって双極子が同じ方向に整列し、圧電応答の主な原因となる β 相の形成を促進します。 EPAM プロセスでは、自由形状の PVdF 構造を印刷できるため、設計の自由度が広がり、さまざまな形状の圧電素子を製造できるようになります。

さらに、EPAM プロセスを使用して印刷された PVdF フィルムの平均圧電活性は 47.76 pC/N で、分極処理されていない 3D 印刷フィルムの 9.0 pC/N の約 5 倍でした。これは、分極処理されていない 3D プリント PVdF フィルムの圧電活性は弱いが、EPAM プロセスで電界を印加すると圧電活性が高まり、圧電応答が向上することを示唆しています。

スマートウェアラブル技術をターゲットに

この作業は現在まだプロトタイプの開発段階にあり、実際の商業生産というよりも、技術の探索と実験に重点を置いています。この技術の商業化の見通しは不明ですが、その応用分野としてはウェアラブルデバイスやモノのインターネットなどが挙げられます。さらに、記事では、ウェアラブルデバイス用の材料押し出しセンサーやABS材料押し出しセンサーなど、3Dプリントセンサーに関するこれまでの研究があることも言及されています。

別の論文では、研究チームは、その応用分野として「ウェアラブル電子機器やソフトロボットに温度、圧力、湿度のセンシング機能を統合する大規模センサーアレイ」や「プロトタイプと同等かそれ以上の性能を持つ多機能性を実現し、自然界でより幅広い用途を見出すソフトロボット用センシングデバイスやアクチュエーションシステム」などを挙げている。この技術には大きな可能性があり、最終部品の性能がさらに向上すれば、3Dプリントセンサーを使用したカスタマイズされたウェアラブルデバイスや美しいソフトロボットが登場するかもしれない。

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