USTC、熱硬化性材料向けの新しい3Dプリント方法を提案

USTC、熱硬化性材料向けの新しい3Dプリント方法を提案
出典:中国科学日報

中国科学技術大学工学部ロボット・知能設備研究所の李沐軍准教授、現代機械学科の王劉特別教授、南カリフォルニア大学の永陳教授らは共同で、インサイチュー二重加熱(ISDH)戦略を提案し、さまざまなレオロジー特性と機能特性を持つ熱硬化性材料のインク直接書き込み(DIW)印刷に成功した。関連する研究結果は最近Nature Communicationsに掲載されました。

△熱硬化性材料のインサイチュー二重加熱(ISDH)印刷の模式図。画像提供:中国科学技術大学。熱硬化性材料は架橋後に3次元ネットワーク構造を形成し、非常に優れた機械的特性と安定性を備えています。近年、熱硬化性材料はソフトロボティクスやフレキシブルエレクトロニクスなどの分野でますます重要な役割を果たしています。新しいソフトロボットには複雑な構造と機能に対する要求が高く、そのためのシンプルで汎用的かつ安価な熱硬化性材料の製造方法を開発することは非常に重要です。しかし、熱硬化性材料の 3D プリントには、硬化原理、材料レオロジー、成形効率など、依然として多くの制限があります。

本研究では、隣接層の急速加熱とジュールヒーターによる加熱の二重加熱法を提案し、代表的な熱硬化性材料であるSylgard 184を最速2秒以内に硬化させました。これにより、改質されていない低粘度のSylgard 184の直接3Dプリントに成功し、印刷された構造の機械的特性は鋳型鋳造構造と同様でした。このアプローチのスケーラビリティは、異なる直径のノズルを採用することで実証され、最大印刷高さ 120 mm、解像度 50 μm を達成しました。著者らは、ニュートン流体からせん断減粘流体までさまざまな特性を持つ一連の熱硬化性材料の ISDH 印刷を実証し、5 桁にわたる動的粘度の変化を持つ応力流体を生み出します。

この研究では、マルチマテリアルヘテロ構造や、異なる NdFeB 含有量を持つ磁気応答性フレキシブル構造 (フレキシブル血管ステントなど) の印刷など、ISDH 印刷の豊富な機能も実証されました。ピックアンドプレースプロセスと組み合わせることで、ISDH 印刷はフレキシブル電子デバイスも製造できます。これらの結果は、ISDH 印刷がソフトロボティクスやフレキシブルエレクトロニクスなどの新興分野で幅広い応用可能性を秘めていることを示しています。

関連論文情報: https://doi.org/10.1038/s41467-023-35929-y



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