不透明樹脂も3Dプリントで大量生産できる

不透明樹脂も3Dプリントで大量生産できる
南極のクマの紹介: 3D プリントは、多くの分野で体積部品や構造物を製造する方法を完全に変えました。近年、体積光ベースの技術により、良好な解像度(約 100 μm)を維持しながら、より短い印刷時間(数十秒まで)で 3D プリントを完了できるようになりました。しかし、これらの新しい方法は均質で比較的透明な樹脂にのみ適用できます。将来的にカラー樹脂を使用する方法はありますか?そして、どのような産業がこの樹脂を必要としているのでしょうか?

2022年5月24日、アンタークティックベアは、EPFLの応用光子デバイス研究所(LAPD)のエンジニアが、不透明な樹脂を使用して数秒で物体を構築できる新しい3Dプリント方法を提案したことを知りました。

△3Dプリントしたオブジェクト3つ:透明樹脂で作ったもの(左)、不透明樹脂で作ったもの(修正なし)(中央)、不透明樹脂で作ったもの(修正あり)(右)。 2022 EPFL の画像
2017年、EPFLのエンジニアたちは、ほぼ瞬時に物体を作成できる3Dプリンターを開発しました。 5年後、3Dプリントの機器と方法を改良しました。これまでは不可能だった不透明な樹脂を使ったものも作れるようになりました。

ほとんどの 3D プリンターは、製造時に材料を堆積させることで構造物を作成します。ただし、新しい 3D 印刷方法では体積アプローチが使用されます。

「容器に樹脂を注ぎ、回転させます」とロサンゼルス市警察のクリストフ・モーザー教授は語る。「次に、容器をさまざまな角度から照射し、樹脂に蓄積されたエネルギーが一定レベルを超えたところで樹脂を固めます。これは、既存の3D印刷技術と同じ解像度の物体を製造できる精密な方法です。」

△LAPDの技術を使い、不透明樹脂で小型ヨーダを製作。 2022 EPFL の画像
不透明樹脂印刷の課題「この体積測定法は、ほぼあらゆる形状の物体に使用できます。そこで、ミニチュアのヨーダの模型を作成して、その構築速度をテストすることにしました。ヨーダのフィギュアの作成にはわずか 20 秒しかかかりませんでしたが、従来の付加製造プロセスでは約 10 分かかります。」

この方法について注意すべき点は、効果を上げるためには光が樹脂を偏向することなくまっすぐに通過する必要があることです。光はプラスチックに含まれる感光性化合物と相互作用して樹脂を硬化させます。

「これまでは透明樹脂を使用してきましたが、将来、バイオメディカル業界で不透明樹脂で物体を印刷する必要が生じる可能性があるかどうかを知りたかったのです」とロサンゼルス市警察の博士研究員、アントワーヌ・ボニフェイス氏は語った。

体積プロセスで不透明な樹脂を使用する場合の問題は、光がスムーズに伝わらないため、樹脂を硬化させるために必要なエネルギーを集めることが困難になることです。


この論文の詳細については、Jorge Madrid-Wolff らの論文をご覧ください。体積付加製造のための散乱材料内の光の制御。 (リンクはこちら)DOI: 10.1002/advs.202105144
△ 散乱補正トモグラフィー体積付加製造 (VAM) により、細胞を充填したハイドロゲルなどの散乱材料に中空チャネルを持つ複雑な形状を印刷できます。画像はオンラインライブラリから
AIコンピューティングによるエネルギー分配
「不透明な樹脂を使用すると、物体を印刷するときに解像度が大幅に低下します。そこで、3D 印刷技術の利点を失うことなく、この樹脂で物体を製造できるソリューションを考え出そうとしました」とホルヘ・マドリッド・ウォルフ博士は述べています。

科学者たちはまずカメラを使って樹脂を通る光の進路を観察した。次に、光の歪みを調整するための AI 方程式を設計しました。印刷時や照明の変更時に AI 計算を実行します。これの利点は、樹脂を硬化させるために必要なエネルギーが、必要な場所に確実に適用されることです。

この方法により、エンジニアは透明樹脂とほぼ同じ精度で不透明樹脂にオブジェクトを印刷できます。これは重要な発見です。

専門家によると、LAPD法は人工動脈などの生体材料を3Dプリントするのに使用できるという。さらに、エンジニアたちは一度に複数の材料を印刷し、プリンターの解像度を10分の1ミリメートルから1ミクロンにさらに高める計画を​​立てています。



EPFL、樹脂、不透明、3D 印刷ソフトウェア

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