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:中国科学技術大学

熱硬化性材料は架橋後、非常に優れた機械的特性と安定性を備えた 3 次元ネットワーク構造を形成します。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。

2023年1月28日、南極熊は、中国科学技術大学工学部ロボット・知能装備研究所の張世武教授の研究チームの李牧軍准教授、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が、インサイチューデュアルヒーティング(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直接インク書き込み(DIW)印刷に成功したことを知りました。この結果は、「多様なレオロジーおよび機能的応用性を備えた熱硬化性樹脂の 3D 印刷」というタイトルで国際誌「Nature Communications」に掲載されました。


△ インサイチューデュアルヒーティング(ISDH)印刷熱硬化性材料の模式図

本論文では、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、改質されていない低粘度のSylgard 184の直接3Dプリントを成功させました。印刷された構造の機械的特性は、鋳型鋳造構造と同様です。この方法の拡張性は、異なる直径(0.025〜1mm)のノズルを採用することで検証され、最大印刷高さ120mm、解像度50μm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。


△ISDH印刷用低粘度シルガード184

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。


△磁気応答性フレキシブルスキャフォールドのISDH印刷


△フレキシブル電子デバイスのISDH印刷

上記の研究は、中国国家自然科学基金、科学技術部の国家重点研究開発計画、および安徽省自然科学基金の支援を受けて行われました。中国科学技術大学精密機械・精密機器学科の博士課程学生である Sun Yuxuan 氏がこの論文の第一著者です。南カリフォルニア大学の Li Mujun 准教授、Wang Liu 特別教授、および Yong Chen 教授が共同責任著者です。この研究は中国科学技術大学の朱銀波准教授の支援を受けて行われた。

論文リンク: https://www.nature.com/articles/s41467-023-35929-y



USTC、熱硬化性、材料

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