ゾーン 1 のトップジャーナル: 複雑な金属プラスチック複合構造を製造するための新しい 3D 印刷方法

この投稿はCoco Bearによって2022-12-3 22:06に最後に編集されました。

2022年12月1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プラスチック構造物の内面と外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。

彼らの研究は、ACS Applied Materials & Interfaces（ゾーンジャーナル）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」というタイトルで掲載されました。

研究内容 次世代電子機器の製造における大きな可能性を秘めているため、近年、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が飛躍的に高まっていますが、従来の方法ではこのような複雑な部品を製造するのは容易ではありません。複雑な 3 次元 (3D) プラスチック部品上に精密な金属パターンを構築することで、高度な用途向けの機能デバイスを製造できます。しかし、この技術は現時点では高価であり、複雑なプロセスを必要とします。

上記の問題を解決するために、早稲田大学とシンガポールの研究者らは、任意の複雑な形状を持つ3D金属プラスチック複合構造を製造する方法を提案した。光硬化性樹脂を改質して反応性前駆体を調製し、その後無電解めっき（ELP）を行いました。新たに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相互にネストされた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 処理することで、解像度 40 μm の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。

△複雑な構造を持つ3D金属プラスチック複合構造部品の製造例

この技術を使用することで、従来の方法では製造できない 3D デバイスを製造できるほか、プラスチック部品の内部に金属パターンを作り、電子機器をさらに小型化することができます。提案された方法は、金属と基板の接着性を向上させる金属コーティングを生成することもできます。最後に、研究者らは、さまざまな機能性材料と特定の金属パターンで作られたいくつかのセンサーを設計し、製造しました。本研究の結果は、提案されたアプローチの実現可能性を実証し、3D エレクトロニクス、ウェアラブルデバイス、センサーの分野での潜在的な応用を示唆しています。

論文の筆頭著者である早稲田大学の梅津真次郎教授、宋克偉氏、シンガポールの南洋理工大学の佐藤弘隆教授は、「ロボット工学やIoTデバイスは驚異的なスピードで発展しています。そのため、それらを製造する技術も進化する必要があります。既存の技術では3D回路を作ることはできますが、平面回路を積み重ねることは依然として研究分野です。私たちはこの問題を解決し、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たいと考えています。」と述べています。

MM-DLP3DP プロセスは、複数のステップからなる製造プロセスです。

●まず活性前駆体を準備します。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) を促進するために行われます。

• 次に、MM-DL3DP デバイスを使用して、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製造します。

●最後に、これらの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す。

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（最小でも 40 μm）など、複数の材料が入れ子になった複雑な構造をしています。さらに、これらの部品の金属の質感は非常に特殊であり、正確に制御することができます。チームはまた、ニッケルを使用した LED ステレオ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、梅津、宋、佐藤は述べています。「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に貢献します。」

展望● 従来のプロセスと比較して、この新しい技術により、センサーと測定対象物の統合製造が可能になり、組み立てによって生じる測定エラーや複雑なプロセスを回避できます。

●より特殊な光硬化性樹脂の登場により、ユニークな特性を持つ3D構造を作製することが可能になります。

●さらに、活性前駆体誘起電気めっきにより、さまざまな金属（ニッケル、コバルト、銅、金、銀、白金など）をターゲットパターンに堆積させることができます。このプロセスにより、さまざまな複合材料の 3D ネスティングが可能になるため、特に MEMS、センサー、ロボット、ウェアラブルデバイス、3D 精密電子機器などの分野で有望な用途が期待されます。

オリジナルリンク: DOI: 10.1021/acsami.2c10617

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