回路製造における画期的な技術！早稲田大学の研究者らが複雑な金属プラスチック複合構造を3Dプリント

2022年12月3日、アンタークティックベアは、日本とシンガポールの研究者が、3Dプラスチック構造の外面と内面に精密なパターンを作成できる新しい3Dプリント技術を開発したことを知りました。次世代電子機器の製造における大きな可能性のため、プラスチック部品への金属パターンの 3D プリントに関する研究への関心は近年飛躍的に高まっています。現在、研究者たちは複雑な形状の 3D 金属プラスチック複合構造を製造するための新しい 3D 印刷プロセスを開発しました。
△新技術を用いて作製した3D金属プラスチック複合材料の例。出典：早稲田大学この研究は、ACS Applied Materials & Interfaces誌に「 3Dプラスチック構造の外部および内部表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」と題する論文として掲載されました。

関連論文リンク: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c10617
3 次元の金属プラスチック複合構造は、スマートエレクトロニクス、マイクロ/ナノセンシング、モノのインターネット (IoT) デバイス、さらには量子コンピューティングにも幅広く応用できる可能性があります。これらの構造を使用して構築されたデバイスは、設計の自由度が高まり、より複雑な機能、複雑な形状、ますます小型化が可能になります。しかし、このような部品を製造する現在の方法は高価で複雑です。
この目的のために、研究者らは、任意の複雑な形状を持つ金属プラスチック複合構造を製造するための新しいマルチマテリアルデジタル光処理3Dプリント（MM-DLP3DP）プロセスを開発しました。研究の動機について、筆頭著者である早稲田大学の梅津真次郎教授と宋克偉氏、およびシンガポールの南洋理工大学の佐藤弘高教授は、「ロボット工学や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、それらを製造する技術もそれに合わせて進化する必要があります。既存の技術では3D回路を作ることができますが、平面回路の積み重ねは依然として活発な研究分野です。この問題を解決し、人類社会の進歩と発展に貢献できる強力なデバイスを作り上げたいと考えています」と述べています。
MM-DLP3DP プロセスは、反応性前駆体の準備から始まる多段階のプロセスです。反応性前駆体は、3D プリント後に目的の化学物質に変換できる化学物質で、必要な化学装置を使用して、樹脂または反応性前駆体のネストされた領域を含む微細構造を作成します。最後に、これらの材料自体は 3D プリントできません。ここでは、光硬化性樹脂にパラジウムイオンを添加して反応性前駆体を調製します。これは、水溶液中の金属イオンを自己触媒的に還元して金属コーティングを形成するプロセスである無電解めっき (ELP) を容易にするために行われます。次に、MM-DL3DP材料を直接電気メッキし、ELPを使用して3D金属パターンを追加しました。
△研究者らは、複雑な金属プラスチック複合構造を3Dプリントし、3次元プラスチック構造の表面に精密なパターンを作成します。出典：早稲田大学の研究チームは、提案された技術の製造能力を実証するために、複雑なトポロジーを持つさまざまな部品を製造しました。この部品は、微細孔や極小の中空構造など、複数の材料が入れ子になった複雑な構造をしており、最小の構造サイズは 40 μm です。これらの部品の金属パターンは非常に特殊であり、正確に制御できます。チームはまた、ニッケルを使用した LED 立体回路や銅を使用した両面 3D 回路など、複雑な金属トポロジーを備えた 3D 回路基板も製造しました。
「MM-DLP3DP プロセスを使用すると、特定の金属パターンを持つ任意の複雑な金属プラスチック 3D パーツを製造できます」と研究者は述べています。「さらに、反応性前駆体を使用した金属堆積の選択的誘導により、より高品質の金属コーティングを提供できます。これらの要素を組み合わせることで、高度に統合されカスタマイズ可能な 3D マイクロエレクトロニクスの開発を促進できます。」
この新しい製造プロセスは、3Dエレクトロニクス、メタマテリアル、フレキシブルウェアラブルデバイス、金属中空電極など、さまざまな技術に応用され、回路製造における画期的な技術になると期待されています。

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