多機能3Dプリンター「Printer.HM」：ソフトマテリアル3Dプリントの未来

この投稿は warrior bear によって 2022-10-31 22:38 に最後に編集されました。

2022年10月31日、アンタークティックベアは、英国ケンブリッジ大学の研究者が、手頃な価格でオープンデザインの柔らかい素材を印刷するためのハッキング可能な多機能3Dプリンターを開発したことを知りました。この技術は、組織工学、ソフトロボット、食品、環境に優しい材料加工など、さまざまな分野でさらなるイノベーションを解き放ち、前例のないデザインの創出に貢献する可能性があります。

この研究の詳細は、Lei, IM、Sheng, Y.、Lei, CL、他によって執筆された「柔らかい材料のためのハッキング可能な多機能モジュール式押し出し3Dプリンター」と題された論文として、Scientific Reports誌に掲載されました。

論文リンク: https://www.nature.com/articles/s41598-022-16008-6
マカオ大学助教授で、以前はケンブリッジ大学バイオインターフェイスグループに所属していた Iek ManLei 博士は、次のように述べています。「Printer.HM のオープンデザイン、手頃な価格、カスタマイズ性の向上、オールインワン機能は、DIY 研究コミュニティにメリットをもたらし、既存の商用プリンターに代わる現実的な選択肢を提供します。」
「Printer.HM」は、市販の3Dバイオプリンターに匹敵する、高度にカスタマイズ可能な押し出しベースの3Dプリンターです。コンピュータ支援設計 (CAD) モデル、座標、方程式、画像などのさまざまな幾何学的入力を受け入れて、さまざまな特性を持つ印刷物を作成できます。ハッキング可能なロボットアーム上に構築され、加熱モジュールと紫外線 (UV) モジュールによって 1 つのプラットフォームで多機能性を実現したこのマルチプリントヘッドシステムの開発は、ケンブリッジ大学ナノサイエンスおよびナノテクノロジーセンターの工学部とナノサイエンス学部の研究者がマカオ大学およびオックスフォード大学と共同で考案したものです。

Printer.HM は、さまざまな液体や柔らかい素材との優れた印刷互換性を提供するだけでなく、次のようなさまざまな操作も実行できます。

液体分配
マルチマテリアル印刷
可変速度印刷
埋め込み印刷（自由形状およびオーバーハング構造の作成）
非平面印刷
ピックアンドプレースアプリケーション

オプションの加熱および UV モジュールにより、熱応答性および光重合性ハイドロゲルの調整可能な印刷が可能になり、薬物送達、組織工学、創傷治癒など、幅広い生物医学的用途に使用できます。
△Printer.HMは、ハードウェア上の多様な補助ツールとソフトウェア上の柔軟な幾何学的入力を使用し、1つのプラットフォーム上で複数の機能を実現するのが特徴です。 △ハイドロゲルの印刷を支援するためにさまざまな補助ツールを使用する△複数の種類のジオメトリ入力オプションにより、さまざまな機能を備えた印刷物を作成できます△ Printer.HM の汎用性△印刷プロセス
Printer.HM は、ユーザーにデザインの自由度を提供し、印刷パスをカスタマイズしてさまざまな特性を持つ印刷物を作成する機能を提供します。これらは、シンプルモード (座標)、ワンストローク印刷 (方程式)、3D デザイン (G コード)、カスタマイズ可能な 2D パターン (画像) です。カスタマイズ可能な 2D パターンを使用すると、CAD モデルを作成しなくても、手描きのスケッチを簡単に印刷できます。研究者が pH 応答性ハイドロゲルで作成した柔らかい形状変化システムによって実証されているように、印刷パスのカスタマイズ性はソフトロボットアプリケーションに特に役立ちます。
研究者たちは Printer.HM を使用して花柄の 2D スケッチを作成し、それを 4 分以内に膨らませて 3D の花の形に変えました。そして、それはほんの始まりに過ぎません。制御プログラムは完全にハッキング可能なので、ユーザーは設定を再構成して機能を拡張し、これまでにない 3D 印刷デザインを実現できます。研究者らはまた、アルギン酸インクで作られ、サポート溝内に印刷されている肺と気管を備えた呼吸器系モデルの作成に成功し、Printer.HM が複雑な組織解剖学を生成する可能性を実証しました。

Iek Man Lei 博士は次のように語っています。「Printer.HM の多機能とオープンデザイン、そして手頃な価格 (総コスト 900 ～ 1,900 ポンド) を合わせると、柔らかく、生物学的で、持続可能な材料アーキテクチャを使用した将来の 3D 印刷イノベーションにとって、Printer.HM は確かな選択肢となります。モジュラー設計により、研究コミュニティは Printer.HM の機能をさらに拡張し、無限の新しい設計の可能性を切り開くことができます。その他の利点としては、小型生物学的アプリケーションに必要な小型の注射器とプリントヘッドの互換性があること、CAD 経験のない人でも画像ジオメトリ入力を使用して印刷パスをカスタマイズできることなどが挙げられます。これは、刺激に反応するハイドロゲルの変形挙動を制御するのに特に役立ちます。」
彼女はさらにこう付け加えた。「Printer.HM は、組織工学、ソフトロボット、食品、環境に優しい材料処理など、さまざまな分野で革新的な 3D 印刷への扉を開く可能性を秘めています。そのオープンな設計、手頃な価格、カスタマイズ性の向上、オールインワンの機能は、DIY 研究コミュニティに利益をもたらし、既存の商用プリンターに代わる現実的な選択肢を提供します。」
「Printer.HM」の 3D プリント部品のコードと CAD 設計は、https://github.com/iekmanlei/Printer.HM でご覧いただけます。
南極熊のコメント
3Dプリンティングはここ数年で非常に人気が高まり、市場からも大きな注目を集め、頻繁に報道されるようになりました。今日では、その人気は衰えているものの、技術の更新と反復のペースは止まることはありません。率直に言って、3Dプリント技術には改善の余地がたくさんあります。たとえば、設備や材料のコストが高く、3Dモデルの設計の敷居も比較的高いです。別の例としては、ハードウェア材料やデバイスの印刷によく使用されますが、柔らかい材料の印刷は比較的まれです。これらは、ある程度、3Dプリント技術の普及と応用を制限しており、現在まで、3Dプリント製品は一般の人々の手の届かないところにあります。 3D プリントを産業用途、さらには人々の生活に真に統合するまでの道のりは長く困難であり、科学者やエンジニアは今も答えを探し求めています。