超音波振動技術を使用してABS廃棄物を印刷すると、製造された部品の圧縮強度が59％向上します。

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-6-29 12:17 に最後に編集されました

2022年6月29日、アンタークティックベアは、マレーシアのマラッカ工科大学（UTeM）の研究者が、リサイクル可能なABS（プラスチック）を使用して、より柔軟な部品を製造できる3Dプリンターを開発したことを知りました。

△研究者らの超音波3Dプリント装置通常のFFFプロセス3Dプリンターに2つの圧電トランスデューサーを搭載することで、研究チームはリサイクルABSの性能強度を向上させる方法を実現した。

チームは、結果として得られる部品の圧縮強度が 59% 向上した設計の有効性を考慮し、廃棄物を宝物に変えることで、廃棄されたフィラメントによって引き起こされる環境被害を大幅に削減できると述べています。

FFF 材料で発生する問題<br /> 3D プリンティングは、減算型製造技術よりも材料効率が高いとよく宣伝されていますが、特定の用途では問題が発生することもあります。

ほとんどのデスクトップ 3D プリンターユーザーが遭遇するように、印刷エラーはコストと時間がかかり、多くの材料も無駄になります。このプラスチックの多くが廃棄されていることを考えると、環境にとっても危険です。

実際、メーカーはすでに ABS をリサイクルするという解決策を提案しています。しかし、UTeM チームが論文で強調しているように、「従来の再生可能 ABS は機械的特性が著しく低下していた」。この一般的なリサイクル可能な材料のおかげで、印刷された構造物の最終的な強度は最大 49% 減少しました。

リサイクル ABS のテストにより、この弱化は層間の結合不良によって引き起こされたことが判明しました。この層間剥離により材料の内部損傷が発生し、3D プリント時に破損する可能性があり、これは未熟な解決策です。

△チームの曲げ強度試験結果
超音波振動技術を使用<br /> これらの理由から、UTeM の研究者は独自のリサイクル可能な材料を開発しました。 ABS は最初にペレット化され、次に 1.75 mm のフィラメントに押し出され、圧電トランスデューサーを備えたプロトタイプの FFF マシンを使用して 3D プリントされました。この装置は超音波振動を利用して構造物の安定性を向上させます。

チームは、ノズル温度 230°C で製造された初期モデルに表面欠陥があることを発見しましたが、エンジニアはこのパラメータを 270°C に上げ、印刷速度を低下させたところ、これらの問題を修正できることを発見しました。研究チームはまた、部品を20kHzの周波数の超音波振動にさらすと「リサイクル層の接着力が大幅に向上する」ことも発見した。

これは、印刷されたオブジェクトの曲げ強度と弾性率が、露光されていない部分と比較してそれぞれ 43% と 53% 向上するという点で実証されました。研究者らの結果は後に引張強度試験で確認され、20kHzで処理した材料の強度は27.5MPaとなり、10kHzに曝露した材料や全く処理していない材料よりもそれぞれ約24%と19%高くなった。

研究者たちは、最初の研究の成功を受けて、自分たちの設計をオープンソースにすることを計画している。このプロセスにおいて、チームは可能な限り FFF 3D プリンターに超音波トランスデューサーを追加し、従来の使い捨て材料に代わる最先端の材料としてリサイクル可能な ABS の採用を促進することを目指しています。

△研究成果は「超音波振動を統合したオープンソースFDMプリンターを使用したリサイクルABS材料の機械的特性に関する研究」という論文に掲載されています（ポータルはこちらをクリック）
「全体として、私たちのアプローチは印刷材料の実現可能性をより有効に活用することを目的としており、超音波振動技術の助けを借りて、リサイクルABSの機械的特性を向上させることができます」と研究チームは論文で結論付けています。「この研究は、リサイクル可能なABS廃棄物の応用範囲を拡大し、地球環境の保護に大きく貢献するだろう。」

△超音波3Dプリント技術を用いて製造された膝半月板
3Dバイオプリンティングにおける音波のその他の応用
UTeM チームはポリマー 3D プリンティングに超音波を最大限に活用していますが、以前はこの技術は 3D バイオプリンティングに広く使用されていました。 2021年3月、バース大学とブリストル大学の科学者らは、音響エネルギーを利用したバイオプリンティングプロセスの可能性を提案した。

この技術は、ノースカロライナ州立大学の研究者が約2年前に開発した技術を彷彿とさせるもので、超音波を使用して3Dバイオプリントゲル内に細胞を配置するものである。この技術は、生物学的同等物と比較して人工組織の忠実度を向上させる可能性があり、将来的には人間の組織治療に使用される可能性があります。

超音波振動技術を使用してABS廃棄物を印刷すると、製造された部品の圧縮強度が59％向上します。

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