Zymergen、高等方性と極度の強度を備えたポリイミド3Dプリント材料を発売

2022年12月6日、Antarctic Bearは、アメリカのバイオテクノロジー企業Zymergenが、等方性と強度に優れたポリイミド（PI）3Dプリントフィラメント素材Z2を発売したことを知りました。

△新しい高性能ポリマーZ2ポリイミド（PI）3Dプリント材料周知のように、3Dプリント、特に熱溶解積層法（FDM）の欠点は、通常、層間の等方性強度が不足していることです。現在、Zymergen は、スウェーデンのソフトウェア開発会社 Hexagon、オランダの 3D プリント材料開発会社 3D4Makers、モントリオールを拠点とする 3D プリンター製造会社 AON3D など、数多くの企業と連携して、高い等方性と極めて高い強度を実現する新しい 3D プリント可能なポリイミド材料を実証しました。この素材は現在、オランダ海軍の3Dプリント専門センター（ECAM）でテストされており、ZymergenのZ2ポリイミドフィラメントで作られた部品は破損するまでに432kgの荷重に耐えることができる。

△3Dプリントポリイミド航空ブラケットの線形荷重試験
ポリイミド 3D プリント材料 Z2
ポリアミド（ナイロン）と混同しないでください。ポリイミドはより強力な熱可塑性プラスチックであり、このような背景から、3D プリントにおける Zymergen の役割は高い注目に値します。この上場企業は、今年Ginko Bioworksに買収される前に、製品の商業化でボトルネックに直面していたと報じられている。

AON M2+ 高温 3D プリンターで Z2 ポリイミド 100% インフィルを使用して 3D プリントされた軍用貨物機の固定ブラケット。この材料は、航空宇宙分野で広く使用されているSABICの3Dプリント材料であるULTEM 9085と同様の引張弾性率を示すと言われています。しかし、Zymergen のフィラメントは破断時の強度と伸びも優れており、これは ULTEM と比較して層間溶接強度と部分的な等方性が全体的に向上していることを意味している可能性があります。

ECAM でテストする前に、チームは Hexagon の Digimat AM ソフトウェアでコンポーネントのパフォーマンスをシミュレートしました。このツールは、単一層ではなく複数層の亀裂を予測しました。物理テストでは、Digimat の予測どおり、コンポーネントは 2 か所で複数の層の破損が発生する前に 432 kg の荷重に耐えました。コンポーネントは、層間溶接部だけでなく構造全体の応力によって破損したため、チームは、Z2 ポリイミドが FDM ポリマー部品に対して極端な等方性を示すことを検証することができました。

△ 2021年、2025年、2030年の3Dプリントポリマーの市場シェアの変化
Z2 は ULTEM 素材を置き換えることができますか?
現時点では、ULTEM は必要な認証要件を満たしているため、高性能航空宇宙部品の 3D プリントに最も広く使用されているポリマーです。ただし、Z2 ポリイミド材料が UL94 V0 および FAR 25.853 の可燃性標準テストに合格すると、既存の ULTEM 材料に取って代わる可能性があります。

「2022 年までに生産されるポリマー部品: 世界市場データと予測」レポートによると、SmarTech Analysis は、3D プリントされたポリマー部品の市場価値は 2030 年までに 260 億ドルに達すると考えています。同レポートでは、航空宇宙部門が全体の6.4％から11.5％（2021～2030年）に成長すると予想されています。この成長の主な原動力となるのは、プラスチックの種類の改良です。結局のところ、もし航空宇宙産業が ULTEM という 1 種類の材料だけに限定されていたら、3D 印刷技術の航空宇宙分野での採用がどれほど広まっていたか想像してみてください。

重要なのは、サウジアラビアの石油大臣アブドゥルアズィーズ・ビン・サルマン王子が3月に、世界では「あらゆるレベルでエネルギー容量が枯渇しつつある」と述べたことだ。最近、サウジアラムコのアミン・ナセル最高経営責任者（CEO）も、世界の石油生産能力が「危機的に低下」しつつあると主張した。石油の入手がますます困難になるにつれて、ULTEM やその他の化石燃料ベースのポリマーの価格も徐々に上昇し、全体的な製造コストが増加します。

Z2ポリイミドは「バイオインスパイア」され、「バイオエンジニアリング」技術を使用して製造されていると言われており、化石燃料がまだ役割を果たしている可能性がある一方で、この材料には何らかのバイオポリマーの基礎がある可能性があることを示唆しています。したがって、Z2 を純粋なバイオポリマーにすることができれば、ULTEM よりも安価になるだけでなく、環境にも優しくなります。

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