スタンフォード大学とハーバード大学は、サポート構造なしで樹脂部品を3Dプリントできる光変換ナノ粒子を共同で開発しました。

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-4-22 10:56 に最後に編集されました

2022年4月22日、アンタークティックベアは、スタンフォード大学とハーバード大学の研究者が、サポート構造を必要とせずに樹脂部品を製造できる新しい体積3Dプリント方法を開発したことを知りました。

この方法は、集中したレーザースポットを吹き付けた場合にのみ硬化するナノ粒子を含む樹脂材料に依存しています。レーザーの焦点を変更することで、表面だけでなく樹脂プール内の任意のポイントに印刷することが可能です。

新しいテクノロジーにより、新しい 3D プリンターは、ボトムアップのレイヤーごとの印刷順序に従わなくなり、あらゆる方向からの複雑なグラフィック印刷が可能になります。

△スタンフォード大学の研究者が印刷したミニチュア樹脂ベンチの3Dモデル。写真：ダン・コングリーブ
3D プリント用光変換ナノ粒子<br /> スタンフォードの 3D プリントの方法は、従来のステレオリソグラフィー (SLA) とよく似ています。レーザー光線が容器内の樹脂に照射され、青色光にさらされると硬化します。しかし、研究チームは、標準的な青色レーザーだけを使用したわけではないと主張している。標準的な青色レーザーだと、貫通ビームの全長にわたって樹脂が固まってしまうからだ。

代わりに、直径わずか80ナノメートルの光変換ナノ粒子を含む特殊な樹脂を使用しました。ナノ粒子は、臨界エネルギー閾値に達すると赤色光を青色光に変換するように設計されています。そして、これはレーザーが最大焦点にある場合にのみ可能です。そのため、この技術では、代わりに標準的な赤色レーザー光を使用し、赤色レーザー光を希釈して焦点を合わせるメカニズムを備えています。

この設定により、表面層のみが硬化する可能性がなくなり、赤色レーザーを XYZ 座標に集中させることで樹脂タンク内の個々のポイントを硬化できるようになります。言い換えれば、1つまたは複数のレーザーをタンクの周りで回転させ、あらゆる方向から同時に体積印刷を可能にし、サポートを必要とせずに任意の形状の製造を可能にすると研究チームは述べています。

最大焦点は、樹脂が赤色光を青色光に変換し、それによって材料を固める場所です。画像はスタンフォード大学より
トリプルフュージョンアップコンバージョン<br /> ある光の波長を別の波長に変換するメカニズムは三重融合アップコンバージョンと呼ばれ、コングリーブという研究者が研究しているものです。

「大学院生の頃からこの周波数変換技術に興味を持っていました」と彼は付け加えた。「太陽エネルギー、生物学、そして今では3Dプリントなど、さまざまな興味深い用途があります。現在、私たちは適切な波長の光を効率的に放射し、樹脂に分散させるように設計しています。」

特殊な樹脂混合物を調合するために、研究チームはまずアクティブスイッチング分子をナノスケールの液滴に変換し、それをシリカ層にコーティングしました。得られたナノカプセルは樹脂マトリックス全体に分散され、最終的に光変換複合材料を形成します。

「ナノカプセルを強くする方法を見つけるのは簡単ではありませんでした。樹脂を3Dプリントするのは実は非常に難しいのです」と研究の主執筆者の一人、トレイシー・シュローマー氏は語った。「これらのナノカプセルが崩壊し始めると、変形できなくなったり、漏れ出したりして、カプセル間の分子衝突にさらに影響を及ぼす可能性があります。」

彼らは現在、光変換ナノカプセルの他の用途を調査している。一例としては、低エネルギー光を太陽電池が捉えやすい波長に変換できる、より効率的な太陽電池パネルの開発が挙げられます。彼らは、光を使って化学反応を起こす生物学的モデルにも取り組んでいます。

△研究の詳細については、「体積3Dプリンティングのためのトリプルフュージョンアップコンバージョンナノカプセル」と題された論文をご覧ください。（クリックすると転送されます）
スタンフォード大学の 3D 印刷技術はすでに進歩しているが、立体 3D 印刷を研究したのは彼らが初めてではない。ユトレヒト大学の研究チームは最近、新たに開発された超高速体積3Dバイオプリンティング法を使用して肝臓の製造に成功した。 20秒未満で印刷される肝臓ユニットは、体内の自然な肝臓が行う毒素除去プロセスを模倣することができ、再生医療や個別化薬物検査の新たな機会を切り開く可能性があります。

△可視光トモグラフィーにより、体積バイオプリンティング法で細胞を「透明」にして微小幹細胞ユニットを印刷することに成功しました。画像はAdvanced Materialsより
一方、ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ（UCL）の研究チームも同様に体積3Dプリント技術を使って、薬剤を詰めた錠剤を数秒で作成した。研究チームはパラセタモールを含む錠剤を17秒で製造することができ、これは研究や一部の臨床現場で薬剤を印刷するのに使用されている現在の方法よりも大幅に速い。

スタンフォード大学とハーバード大学は、サポート構造なしで樹脂部品を3Dプリントできる光変換ナノ粒子を共同で開発しました。

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