将来の3Dプリントの新しい方法、一度に1層全体を印刷する

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-6-9 15:49 に最後に編集されました

2022年6月9日、アンタークティックベアは、クイーンズランド工科大学化学物理学部の研究者が新しい3Dプリント方法を開発したことを知りました。交差ビームは先端材料の化学反応を制御するために使用されており、1 つの点だけではなく層全体を一度に印刷できる 3D プリンターでの将来的な使用への道を開きます。

△ 安定したシクロブテンジオン（紫外線）と赤方偏移したオルト置換四塩化アゾベンゼン（オレンジ色の光）の二色活性化により、ポリマー架橋における連結生成物の形成が可能になります。ウォルデン博士によると、光は反応の開始に理想的な精度を提供するため、化学プロセスを活性化するための特に理想的なツールです。「QUT のソフトマター材料グループの研究者によるこのテーマに関するこれまでの研究の多くは、レーザー光線を使って材料全体に光を当て、開始および停止する化学反応を観察するものでした」と、同博士は述べています。

△ 光可逆ケテンカップリング上図の注記：A3 と K3 の二色光活性化の反応メカニズム。結合形成は 385 nm と 625 nm に露光した場合にのみ起こり、それぞれ P4 または P5 を生成します。
B 350 nm、16 mW レーザー照射中のクロロホルム中の K3 のその場吸収スペクトル。ケテン K3 への急速なスイッチング (左軸) と、波長依存のスイッチング速度 (右軸) を重ね合わせて示しています。上の図は、温度の関数としての K3 の熱回復率を示しています。スイッチング速度は、照射中の 310 nm での吸光度に対する指数関数的近似から決定されました。誤差バーは最小二乗近似からの変動を表します。
C、照射前（オレンジ色）および 385 nm と 625 nm を使用して 15 分間照射し P5 を生成した後（青緑色）の A3（クロロホルム中 10 mmol/L）の DSEC および SEC-MS データ。 1 つの波長のみ (それぞれ 385 nm または 625 nm) を使用したコントロール実験は灰色で表示されます。

彼は説明した。「この場合、異なる色の 2 つの光線があり、反応は 2 つの光線が交差する場所でのみ発生します。1 つの色の光を使用して 1 つの分子を活性化し、2 つ目の色の光を使用して別の分子を活性化します。2 つの光線が交わる場所で、活性化された 2 つの分子が反応して固体材料を形成します。

通常、3D プリンターの作業では、インクジェットプリンターは 2 次元で移動し、1 つの 2D レイヤーをゆっくりと印刷してから上方に移動してその上に別のレイヤーを印刷する必要がありますが、当社の新しいテクノロジーを使用すると、レイヤー全体を一度に印刷できます。 ”

バーナー・コウォリック教授によれば、このタイプの2色活性化物質は現在のところ非常に珍しいとのこと。「このプロジェクトの目的は、次世代プリンターで使用するためのインクの実現可能性を実証することです。」

△左から：ヴィン・チュオン博士、サラ・ウォルデン博士、クリストファー・バーナー・コウォリック特別教授、ジェームズ・ブリンコ准教授
彼によれば、このプロジェクトの難しさは、2つの異なる色の光によって活性化できる2つの分子を見つけ、それらを反応させることだったという。「そこでイノベーションが生まれます…分子をある色の光で活性化させ、別の色の光では活性化させないようにしたい、またはその逆…それを見つけるのは簡単ではありません。実際、見つけるのは非常に困難です。」

多くの研究の末、Truong 博士は、交差するビームに望みどおりに反応し、結合して非常に強力な材料を形成する 2 つの分子を発見しました。「私たちの化学設計では、両方の光活性化プロセスは可逆的であるため、固体物質がいつどこで形成されるかを正確に制御できます」とトゥルオン博士は語った。

△この論文はNature Communicationsに掲載されました。詳しくは「2色光活性化共有結合形成」という論文をご覧ください（クリックするとポータルに移動します）
2 色 3D プリントでは、1 つの連結された製品を生成するために 2 つの光化学変換が連携して機能する必要があり、各プロセスは個別の波長によって開始されます。現在までに、このタイプの光化学システムに関する報告はほとんどありません。

研究チームは次のように結論付けている。「私たちは 2 つの完全に可逆的な光活性化の組み合わせを採用し、これらの発見はその後、ポリマー末端基の修飾と材料の架橋に応用されました。」重要なのは、2 色ライゲーションは選択性が高く、効率的であるということです。この発見は、化学的および物理的特性が局所的に変化する柔らかい材料を製造するための高度な 2 色印刷技術に可能性をもたらす可能性があります。

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