フレキシブルハイブリッド電子3Dプリンティング、NextFlexはタービンエンジン用精密センサーの製造に新たなアイデアを提供します

はじめに：近年、ウェアラブル電子デバイス、スマートスキン、医療検査などの分野で、柔軟で伸縮性のある電子デバイスがますます注目されています。しかし、電子部品の製造方法の制限により、ほとんどのフレキシブル電子部品は平面構造の形でしか製造できません。フレキシブル電子部品の製造に 3D プリント技術を使用すると、小さく複雑な構造の精密な製造が可能になり、タービンエンジンなどの最先端機器にも大きな応用可能性が期待できます。
Sierra Turbines は、大型の商用および軍用ジェット機で使用するための革新的でコンパクトかつ効率的なタービンを設計する、カリフォルニアの小規模な防衛請負業者です。最近、アンタークティックベアは、同社が NextFlex のフレキシブルハイブリッド電子回路 (FHE) 3D 印刷技術を使用して、独自の電子制御システム、エンジン状態監視、圧縮と燃焼における正確な熱力学的流れなど、多くの設計と革新を備えたタービンエンジンを開発したことを知りました。これらの機能部品を組み立てることで、タービンエンジンは信頼性の高いパフォーマンスを発揮できます。
Sierra Turbines が最初に注力する市場は、無人航空機 (UAV) と地上ベースのハイブリッド電力システムの分野です。フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス (FHE) 構造の固有の特性と、構造およびシステムパフォーマンスの監視におけるその応用を考慮すると、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス技術は、マイクロタービンアプリケーションにおいて大きな可能性と利点を示しています。
NextflexがFHEテクノロジーを進化させる
Sierra Turbines 社の新型タービンエンジンには、米国を拠点とするフレキシブルハイブリッドエレクトロニクス (FHE) 製造機関である NextFlex 社の新技術が採用されています。この組織は、2015 年 8 月に国防総省と FlexTech Alliance によって共同で設立されました。メンバーには、米国における FHE 製造の促進という共通の目標を持つ企業、学術機関、非営利団体、国家機関が含まれます。 Nextflex の研究は、医療、ロボット工学、通信市場向けの軽量で低コストの伸縮性 FHE デバイスの新しいクラスの設計に重点を置いています。同団体は、新素材にエレクトロニクスを加え、要件に適合した製品を生み出すことで、「あらゆるものにエレクトロニクス」という状態を実現し、FHEを日常生活のあらゆる側面に適用することを目指しています。
NextFlex には、高度な製造プロセスとツールを使用して完全に統合された FHE 機器とシステムを製造できる高度なテクノロジーセンターがあります。同技術センターは、FHE技術の優位性を活かして、製品コストの削減、製品開発サイクルの短縮、環境に優しい製造能力の開発に取り組んでおり、国防総省や民間電子機器メーカーに支援を提供してきました。
△アメリカのコンソーシアムNextflexは現在、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス（FHE）に1億ドル以上を投資しています。写真提供：Nextflex。
タービンエンジンへのFHE技術の応用<br /> 最新の研究では、シエラ・タービンズは、NASA ラングレー研究センターの SansEC センシングシステムをタービンエンジンに使用しました。 SansEC は、電気接続を必要としないオープン回路共振センサーです (そのため、SansEC または「電気接続なし」という名前が付けられています)。センサー構造は、柔軟な基板上に印刷された導電性のアルキメデスの螺旋のような形状の配列で構成されています。 NextFlex は、銀の導電性トレースをフレキシブル基板上に直接書き込むことで、これらのサンプルを製造しました。 SierraTurbines の機器要件とテクノロジーセンターの機能を考慮して、NextFlex は SansEC センサーのフォーマット、プロセス、材料を開発し、プロトタイプの概念実証サンプルを製造しました。次に、SierraTurbines の目的と用途が評価されました。 NextFlex はさらに一歩進んで、特定の Sierra Turbine アプリケーション向けに調整された別のモードを開発しました。
△ Sierra Turbines; 銀色の螺旋状のトレースで構成される SansEC センサーは、nScrypt プリンターを使用して NextFlex の 3D プリントされた Sierra Turbines 部品に適合して印刷されます。
FHE によって製造された SansEC デバイスの実証が成功したことは、高度な積層製造プロセスを使用して電子構造を製造できることを実証しています。 SansEC の特殊な電子構造により、温度、レベル、回転速度、摩耗など、さまざまな物理現象を同時に測定することができ、ひどい損傷を受けた場合でも機能し続けます。以前の SansEC センサーバリアントは、従来の減算製造方法を使用して製造されていたため、FHE デバイスに固有の SWaP (サイズ、重量、電力) の削減特性を備えていませんでした。 FHE ツールとプロセスをこの特定の電子構造に適用できることを実証することで、Sierra Turbines は FHE エコシステムとサプライチェーンに位置付けられるようになりました。
FHE技術の革新と商業化<br /> NextFlex は、将来の労働力を育成し、持続可能な高度な製造エコシステムを推進することに加えて、競争前のパートナーシップを通じてフレキシブルエレクトロニクス技術の革新と商業化を加速することに注力しています。同局は一連のプロジェクト募集を通じて、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス (FHE) の製造上の課題に取り組むプロジェクトを提案するチームに賞金を提供し、選ばれたプロジェクトの開発コストの最大 50% を NextFlex が負担します。プロジェクトの募集は、構造化された選定プロセスと厳格な監督方法論に従って行われ、資金提供されるプロジェクトの多様で幅広い選択が保証されます。
プロジェクト募集のトピックは、フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス技術ロードマップの開発を担当する技術ワーキンググループと連携して、NextFlex 技術委員会の指導の下で作成されました。その後、プロジェクト提案は評議会によって審査され、NextFlex 理事会によって承認されます。
NextFlex とそのメンバーは現在、シリコンとフレキシブル/伸縮性/プラスチックシステムを組み合わせたアプリケーション、および設計の一部である付加製造技術の開発に重点を置いて、プラスチック、伸縮性、フレキソエレクトリックの分野における製造方法の研究に注力しています。
△ネクストフレックスは負傷した兵士を助けるためにFHE機器を開発しました。写真提供：Nextflex。

フレキシブルハイブリッド電子3Dプリンティング、NextFlexはタービンエンジン用精密センサーの製造に新たなアイデアを提供します

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