IBMがナノマシンを使った新しい4Dプリンティングの特許を公開、積層造形の新たな次元を切り開く

2025年3月7日、南極クマは、米国特許商標庁（USPTO）がニューヨークに本社を置くIT多国籍企業、International Business Machines Corporation（IBM）の新しい特許を発表したことを知りました。 2023年8月に最初に出願された特許文書（米国特許第20250073998号）は、 4Dプリントされたスマートマテリアルを使用して微粒子を輸送する新しい方法を概説しています。
IBM の資料によると、これらの 4D プリントされた物質は、熱、光、磁場、電気などの外部刺激に反応して動きます。したがって、これらは、開始点から、到達が困難な小さな領域内のターゲット位置まで、微粒子（直径 1 ～ 100 µm）を送達するように構成および操作できます。
米国のテクノロジー大手のアプローチでは、コンピュータープログラムを使用してスマート材料の動きを監視します。 4D オブジェクトが意図したパスから外れた場合、機械学習モデルは入力を調整して、粒子が軌道上に留まるようにします。 IBM は、潜在的なアプリケーションとして、薬物送達、細胞マイクロキャリア、マイクロエレクトロニクスの組み立て、および微細加工を強調しています。
IBM の AI エンジニアである Tushar Agrawal 氏とアプリケーションアーキテクトの Sarbajit K. Rakshit 氏は、新しい 4D 印刷方法の発明に貢献し、積層造形に関する豊富な経験を持っています。アグラワル氏は、分解可能な材料を使用して物体を 3D プリントし、その分解を時間の経過とともに監視するという提案を含む、180 件を超える特許出願に貢献してきました。 IBMで20年近くの経験を持つラクシット氏は、2017年に申請された同社のホログラム3Dプリントの特許の立案者だった。
△レーザーホログラムを使用してペーパークリップを3Dプリントします。画像提供：DAQRI
元 IBM ソフトウェア開発者 Vinod A. Valecha 氏も特許発明者の一人として記載されています。彼は現在、サンノゼのテクノロジー企業 Cohesity に勤務しており、以前は折りたたみ式ビルドプレートを使用した連続 3D プリントに関する IBM の特許に貢献していました。ヴァレチャ氏はまた、分解された部品を複数の3Dプリンターで同時に製造できる「並列付加製造」プロセスの共同発明者でもある。 IBMの「マスター発明家」Su Liu氏も、新たに公開された4Dプリンティングの特許に記載されています。
△ IBMのロゴ。写真提供：IBM。
IBMの新しい4Dプリンティング特許
IBM の 4D 印刷プロセスは、コンピュータプログラムがユーザーからの要求を受け取り、特定のパスに沿って開始位置からターゲット位置まで粒子を輸送するときに始まります。各リクエストには、粒子のサイズ、形状、重量、材料構成などの主要な特性が含まれます。配送ルートや環境条件も指定する必要があり、小規模のスマートプリント材料は産業環境、腸、動脈などの媒体を介して移動できます。
IBM のプログラムはリクエストを分析し、ML モデルを使用して粒子の送達に最適化された 4D 印刷可能なオブジェクトを設計します。これらの物体に使用できるスマート材料には、形状記憶合金や形状記憶ポリマーなどがあります。どちらの材料も、加熱または変形した後でも元の形状に戻ることができます。
粒子が十分に小さければ、移動可能な 4D オブジェクトの表面に直接取り付けることができます。ただし、より大きく重い微細構造の場合、IBM は剛性のある 3D プリントコンテナーの使用を推奨しています。これらの容器はスマート材料に固定されており、輸送中にマイクロプラスチックが含まれます。
一度トリガーされると、IBM のプログラムは外部刺激を適用して 4D オブジェクトをアクティブ化します。スマート材料は変形し、物体を動かす力を発生させることで反応します。たとえば、熱は形状記憶材料を曲げたり折り曲げたりすることができ、光は光応答性材料の動きを引き起こすことができます。磁場は 4D オブジェクトを引き付けたり反発したりして、特定の方向に誘導するためにも使用できます。
IBM の特許取得済みプロセスでは、ML モデルを使用して、コンベアパスに沿った 4D プリントオブジェクトの動きを継続的に監視します。逸脱や閉塞が検出されると、アルゴリズムは直ちに問題を分析し、刺激を調整して動きを修正します。目標位置に到達すると、IBM のプログラムは外部入力を削除し、移動を停止して粒子を送り出します。
シリコンバレーのテクノロジー大手によれば、新たに公開された特許は、さまざまな高価値アプリケーションに大きな可能性をもたらすという。たとえば、体全体の特定の臓器や組織に薬剤を送達することで、標的を絞った薬剤送達の正確な方法を提供できるようになります。エレクトロニクス分野では、IBM の革新的なプロセスを使用して、非常に高い精度で小さな電子部品を組み立てることができます。スマート材料は、従来の製造機械やロボットが到達できない狭い空間で微粒子を移動させることにより、マイクロマシニングに価値をもたらすこともできます。
△フローチャートは IBM の新しい 4D 印刷方式を表しています。画像提供：米国特許商標庁。
4D プリンティング: 付加製造における新たな次元
4D プリンティングは決して新しい概念ではありません。 2021年に、中国の天津大学の研究者らは、移動可能な4Dプリントソフトロボットを開発した。この管状の装置は、加熱すると自己組織化する液晶エラストマーで作られています。この装置は、折り畳みパターンを利用して構造内に歪みを生み出し、平らな表面上で転がったり移動したりできるように設計されています。 4Dプリントロボットは、20°の斜面を登ったり、自重の40倍の荷物を牽引したりする能力も実証した。
△ 3Dプリント・加熱ソフトロボット。画像提供：天津大学。
ドイツ、エジプト、アラブ首長国連邦の研究者チームは、記憶機能を備えた4Dプリントの歯科矯正器具を製造する新しい方法も開発した。歯科用アライナーは、Kline Europe の透明な ClearX 樹脂を使用して DLP 印刷されており、ユーザーの口の中に挿入すると柔らかくなります。これにより、アライナーはずれ歯に適応し、歯を掴み、位置を調整できるようになります。研究者たちは、時間の経過とともにアライナーの特性を予測通りに変化させる能力を実証し、使い捨て歯科製品の持続可能な代替品を生み出しました。
さらに、ベルファストのクイーンズ大学のチームは、がんの管理と治療のために、個人に合わせた4Dプリントの乳房インプラントを開発しました。研究者らによると、乳がんインプラントの製造に4Dプリンティングが使用されたのは今回が初めてだという。
このプロセスを利用して、北アイルランドの科学者たちは、患者の組織腔によりよく合うようにサイズを変えるようにプログラムできる多機能乳房インプラントを開発した。これにより、パーソナライズ化がさらに進み、美観も向上すると言われています。 4D プリントされたインプラントは、がん細胞の再発を防ぐために必要な場所に化学療法薬を放出するようにプログラムすることもできます。

IBMがナノマシンを使った新しい4Dプリンティングの特許を公開、積層造形の新たな次元を切り開く

2018年中国国防情報装備博覧会、3Dプリントは国防分野でも重要な役割を果たすことができる

国家付加製造（3Dプリンティング）産業技術革新戦略提携の紹介

Thorのハンドヘルド3Dスキャナの性能分析

EOS、アジア太平洋地域のリーダーシップの変更と拡大計画を発表

Rongsu TechnologyのXu Fangda氏：パフォーマンスが前年比6倍に増加しました！レーザーワイヤーフィード金属3Dプリントを深く耕す

Formlabsが革新的な新しいSLS 3Dプリント技術を開発

Bambu Lab がオープン: 3D プリント市場の破壊者

ストラタシスの第3四半期の収益は10億ドルを超え、損失は6700万ドルで50％減少した。

高性能マグネシウム合金の積層造形プロセス、微細構造、機械的特性および最適化研究の数値シミュレーション

推薦する

独占インタビュー│ファルコンテックの産業化への道：ハイエンド材料の研究開発から金属積層造形スーパーファクトリーへ（前編）

カナダは超薄型銅部品のマイクロメタル3Dプリントを支援するために500万ドルを投資

超音波振動技術を使用してABS廃棄物を印刷すると、製造された部品の圧縮強度が59％向上します。

Oryx Additive が 3D プリント後処理用の scaWaterjet を発売

Lithozの創設者、Homa博士: セラミック3Dプリントの革新的な研究開発と大量応用

「ソフトロボット」部品を作るための動的ハイドロゲルを3Dプリント

李克強首相の重要演説：「インターネット+」が3Dプリントを再構築

3Dプリント技術が困難な高位頸椎骨折の内固定術の成功に貢献

【618大セール】フューチャーファクトリーとBASFが共同で大幅割引を実施

真実は掘り出す価値がある！医療業界における 3D プリントの可能性は何でしょうか?

3Dプリンティングに関する「2018年医療機器製品分類結果」の概要

完全な金属3Dプリント産業チェーンを構築するために、蘇州北峰は技術プロジェクト投資と融資のマッチング会議を開催しました

Desktop Metal が Studio System 2 でチタンを製造業に導入

パキスタンのテレビ局が、青峰科技の3Dプリントインソール、メガネ、歯科製品、プリンターを放送

NASAは3Dプリントセンサーとワイヤレス回路を単一のシリコンチップ上に作成する