ジョンズ・ホプキンス大学はVI3DP技術で3Dプリントの構造的脆弱性の課題を克服

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-12-14 19:30 に最後に編集されました

2024年12月14日、アンタークティックベアは、ジョンズホプキンス大学ホイッティング工学部の研究チームが、材料間の界面を精密に制御することで3Dプリントにおける層間の接着問題を解決するボクセルインターフェース3Dプリント（VI3DP）と呼ばれる新技術の開発に成功したことを知りました。関連する研究はAdvanced Materials誌に掲載されました。

△研究タイトルは「マルチマテリアル押し出し3Dプリントにおけるボクセルインターフェース制御」
「インターフェースの問題によって生じる欠陥は、従来の 3D 印刷プロセスにおける長年の課題です」と、ジョンズホプキンス大学ホイッティング工学部の土木システム工学助教授、ヨッヘンミューラー氏は語ります。「材料が密着しすぎたり、密着が不十分だったりすると、印刷された構造に弱点が残ります。調理後のスパゲッティのようなもので、くっついても簡単に離れてしまうため、3D 印刷された製品の機能を制限する欠陥が発生します。」

△標準ノズルの周囲に4つの追加ノズルを備えたVI3DPプリントヘッド研究チームの革新は、ボクセル（3次元空間のピクセル）間のインターフェースを正確に制御し、接着などの機能特性をカスタマイズできる新しい印刷方法の開発です。 VI3DP テクノロジーは、周囲に 4 つの追加ノズルを備えた標準プリントヘッドを使用します。標準ノズルが材料を塗布すると同時に、追加ノズルがその上に異なる材料の薄膜を追加します。これにより、追加のプリントヘッドを必要とせずに、単一材料および複数材料の 3D プリントの両方で、各 3D プリントライン間のインターフェイスを正確に制御およびカスタマイズできると同時に、印刷されたオブジェクトに不要なギャップや特徴が残ることを回避できます。

△標準ノズルが材料を塗布している間に、追加ノズルがその上に異なる材料の薄膜を追加します。各ラインは制御可能かつカスタマイズ可能です。複数のプリントヘッドと不要なギャップが不要になります
3Dプリントの多機能統合と性能向上

VI3DP は、より強力な印刷物を作成することに加えて、多数の新しいアプリケーションを可能にします。この研究では、研究チームは、重量、時間、コストを増やすことなく、光学的、機械的、電気的特性をすべて単一の印刷でインターフェースに統合する方法を実証しました。

博士課程の学生ダニエル・エイムズ氏は次のように述べています。「材料押し出しや材料噴射などの現在の 3D 印刷技術には、すでに機械的、光学的、または電気的特性を追加できるものがありますが、これらの方法では通常、ボクセルの薄いインターフェースではなく、ボクセル全体に特性を適用します。これにより、生産効率が低下するだけでなく、解像度も制限されます。当社の VI3DP 方式では、これらの特性を非常に小さなボクセルサイズのインターフェーススケールで実現できるため、ソフトマテリアルの用途の範囲と種類が大幅に拡大します。」

△研究者はVI3DP技術を通じて光学的、機械的、電気的特性を簡単に統合することができます。研究の筆頭著者であるミュラー教授は、「インターフェースは3Dプリンティングにおいて複数の機能を可能にするため非常に重要です。VI3DP技術は、より薄いインターフェース、新しい材料の組み合わせ、複雑な3D回路、電気機械装置、データが埋め込まれた複合構造、精密な付属品を備えたオンサイト印刷機構などの統合機能を作成する可能性を秘めています」と強調しました。

研究チームは、今後のプロジェクトでこれらの潜在的な改善点をさらに探求する予定です。エイムズ博士は次のように展望しています。「VI3DP テクノロジーは、製造業の未来に強固な基盤を築きます。間もなく、これまでにない複雑な構造を印刷できるようになり、3D 印刷テクノロジーの新たな章が開かれるでしょう。」

この技術の開発は、3D プリントの分野における重要な進歩を告げるものです。印刷されたオブジェクトのパフォーマンスと信頼性が向上するだけでなく、印刷されたオブジェクトの動作をカスタマイズする新しい可能性も提供します。 VI3DP技術の登場により、医療、航空宇宙、建設、製造など、さまざまな応用分野で3Dプリント技術の発展が促進されると期待されています。

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