プラスチック・金属複合材料 DLP 光硬化 3D プリント技術

プラスチック・金属複合材料 DLP 光硬化 3D プリント技術
はじめに: プラスチックと金属は、多くの 3D 印刷プロセスとアプリケーションにおいて重要な材料です。プラスチックと金属を組み合わせて複合材料を作成すると、両方の材料の特性が最終製品の構造に統合されるため、多くの分野に応用できます。しかし、このような複合材料の製造は現時点では非常に高価であり、複雑なプロセスを必要とします。

2022年12月29日、アンタークティックベアは、日本の早稲田大学と南洋理工大学(NTU)の研究者が、マルチマテリアルDLP積層造形法(MM-DLP3DP)と呼ばれるこれらの構造を製造するプロセスを開発したことを知りました。この研究は、ACS Applied Materials & Interfaces誌に「3Dプラスチック構造の外面および内面に任意の金属パターンを正確に製造するための新しい金属プラスチックハイブリッド積層造形法」と題する論文として発表されました。

関連論文リンク: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c10617
研究者たちは多段階のプロセスを実行した。まず、彼らは反応性前駆物質、つまりさまざまな化学物質に変換できる化学物質を準備しました。彼らは50mlの脱イオン水にNH4Clを加え、そこに270mgのPdCl2を加えた。完全に準備ができたら、光硬化樹脂の 1 つと混ぜます。パラジウムイオンにより、溶液からの金属粒子が無電解メッキ (ELP) に堆積されます。これは基本的に、金属イオンが既存の表面に沈殿し、金属パターンを形成することを意味します。つまり、この最初のステップでは、ELP プロセス用に改良された樹脂を作成します。
マルチマテリアルDLP 3Dプリント技術を使用して製造された電気メッキ部品の例。 (写真提供:早稲田大学)
次に、MM-DLP3DP プロセスを使用して、樹脂または反応性前駆体とともにネストされた領域の微細構造を製造しました。最後に、ELP を使用して材料に電気メッキを施し、3D 金属パターンを追加しました。この技術の有用性を実証するために、研究者らはビアで接続された両面構造の 3D 回路と、テスト対象の製品に統合できる一連のセンサー (典型的な例は温度検出器を統合した温度計) を作製しました。ご覧のとおり、MM-DLP4DP はマルチノズル印刷よりも解像度が高く、特殊な機能を備えた微細構造表面を構築できます。
新しく開発されたマルチマテリアルデジタル光処理 3D プリンターは、標準樹脂または反応性前駆体から作られたネスト領域を含む部品の製造に使用されます。このような部品を選択的に 3D ELP 処理すると、特定の位相関係と 40 μm の解像度を備えた複雑な中空構造を持つさまざまな金属プラスチック複合部品を提供できます。この技術を使用することで、従来の方法では製造不可能な 3D デバイスが可能になり、電子機器のさらなる小型化手段としてプラスチック部品の内部に金属パターンを作成することもできます。提案された方法は、基板への金属接着性が改善された金属コーティングを生成することもできます。

研究者たちは、統合製造によってエラーのリスクを軽減できるため、このアプローチがセンサーやロボットなどの電子機器やウェアラブルデバイスにも適用できることを期待している。論文の筆頭著者である早稲田大学の梅津真次郎教授と宋克偉教授、およびシンガポール国立大学(NTU)の佐藤弘隆教授はそう述べている。 「ロボット工学と IoT デバイスは驚異的なスピードで進化しています。したがって、それらを構築するテクノロジーもそれに合わせて進化する必要があります。」
複合材料は、製品を製造する前に材料特性を改善する方法として、積層造形の世界ではかなり一般的です。一般的な例としては、カーボンファイバーやケブラーなどが挙げられます。しかし、樹脂と金属の複合材料の開発は比較的新しいものです。今年7月、サウスフロリダ大学(USF)電気工学部の研究者らは、布地に銅を印刷して着用可能な布地を作成する方法を開発した。これらのプロジェクトの可能性は明らかであり、大規模に実現されるのは時間の問題です。
△ 布に銅をプリント
プラスチック金属複合材、DLP

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