ガリウムインジウム合金材料を印刷されたデバイスに「貼り付ける」ことで、液体金属は3D印刷の分野で新たな活力を刺激する可能性があります。

この投稿は、Little Soft Bear によって 2021-12-2 17:22 に最後に編集されました。

出典: ドリームインク

Antarctic Bearによると、最近、Liu Jing教授が率いるDream Ink液体金属材料技術チームは、3Dプリントデバイスに接着性の高いポリマーコーティングを施すことで、ガリウムインジウム合金材料をプリントデバイスに「貼り付ける」ことができることを発見したという。さらに、ガリウムインジウム合金は、流動性を低減するとともに密着性を向上させる特殊処理が施されており、三次元構造体の表面に安定して保持されます。同時に、三次元構造の表面に付着した液体金属コーティングは、周囲の液体金属コーティングと「液体ブリッジ」を形成し、金属溶接の効果を実現します。この研究成果は、従来の3Dプリンティングに特定の機能を付与することに相当し、実用化において大きな意義を持つものです。

付加製造、つまり 3D プリンティングは、材料を積み重ねることで何もないところから何かを作り出すボトムアップの製造方法です。これにより、従来の製造方法の制約により不可能であった複雑な構造部品の製造が可能となり、航空宇宙、文化財保護、医療健康などの分野で活用されています。多機能電子機器やシステムは、ほとんどが三次元構造であり、その構成単位はさまざまな金属や非金属の電子材料から構成されています。従来の 3D プリントは主にナイロングラスファイバーや耐久性のあるナイロンなどの材料をベースにしており、それらから印刷されたオブジェクトには一般に電子機能がありません。そのため、3Dプリンティングを使用して立体端末電子製品を直接印刷することは、学界や産業界が解決できない困難な問題でした。

近年、液体金属プリンテッドエレクトロニクスの発展に伴い、低融点金属ガリウムをベースにした常温液体金属合金材料が徐々に注目を集め、フレキシブルエレクトロニクスやインテリジェントマシンの分野で広く研究・応用されています。孟志摩の技術チームは長年にわたり液体金属関連の研究に従事しており、液体金属機能複合材料をベースにした装置に関して豊富な経験を持っています。孟志模チームは、液体金属機能材料を変換し、それを積層造形技術と組み合わせることで、液体金属機能複合材料に基づく高速回路印刷技術を開発しました。この技術を使用して開発および製造されたデスクトップ電子回路プリンターは産業化されています。

3Dプリント電子機器の限界を見て、劉静教授率いる技術チームは、液体金属が3次元電子機器製造の分野で独特の役割を果たす可能性があることに漠然と気づきました。

このコンセプトを実現するために、技術チームは多くの実験を行い、最終的に、3Dプリント技術を使用して一連の複雑な3次元構造を製造し、その3次元構造の表面を液体金属材料との接着性が高いポリマーコーティングで覆い、それを液体金属に浸すことで、液体金属を3次元構造の表面に接着できることを発見しました。

△転写されたガリウムインジウム合金のサンプル。実験室には十数個の異なる材質の装置が設置されており、それらはすべて転写されたガリウムインジウム合金のサンプルです。そこには、プラスチック製の思想家の彫像、木製の人形、ポリエチレン製のボール、ピラミッドの模型、菜園で採ったひょうたん、さらにはさまざまな織物まであります。この現象を利用することで、同じ大きさの三次元構造単位を積み重ねたり組み合わせたりすることで、より複雑な三次元構造を構築することができます。さらに、ユニット間の液体金属コーティングにより安定した導電経路を形成し、組み立て可能な3次元回路を実現します。例えば、ピラミッドモデルの回路を接続すると、ガリウムインジウム合金回路に接続された一列の LED ランプビーズが緑色に点滅します。

ポリマーコーティング + 液体金属<br /> この「ポリマーコーティング＋液体金属」構造の安定性は、適切なパッケージングによって強化されます。コーティングが非常に薄いため、カプセル化されたガリウムインジウム合金は漏れたり流れたりしないだけでなく、一部の柔軟なアイテムの特殊な要件を満たし、電子特性を維持しながら形状を変えることもできます。電子機器に一定の強度が必要な場合は、異なる融点を持つ液体金属インクを使用して、印刷後に固化させることもできます。柔軟なシリコン構造の表面を液体金属コーティングで覆うことで、異なる温度における液体金属材料の相変化特性を利用して、3次元構造の調整可能な機械的特性を実現できます。安全性の観点から、このような物質は環境中で蒸発することが困難です。多量が皮膚に触れたり、飲み込んだり、体内に残留したりしない限り、比較的安全に使用できます。

液体金属3Dプリント技術は、機械製造と電子製造を巧みに組み合わせたものであり、製造プロセスは便利で低コスト、高度にパーソナライズされているため、芸術デザイン、文化創造、消費者向け電子機器、さらには小中学校や大学での電子工学教育の普及に広く使用されることが期待されています。この研究は、電子工学上の意義に加え、三次元機能電子デバイスの迅速な製造に重要かつ規模拡大が容易な実用技術も提供している。この技術の実用性は非常に高く、3Dプリント産業に力を与え、従来の3Dプリントの持続可能かつ健全な発展を促進し、産業の活力を刺激し、大規模な応用を促進することが期待されている。

ガリウムインジウム合金材料を印刷されたデバイスに「貼り付ける」ことで、液体金属は3D印刷の分野で新たな活力を刺激する可能性があります。

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