科学者たちは新しい方法を使ってセラミックの3Dプリントのコストを95%削減することに成功した

科学者たちは新しい方法を使ってセラミックの3Dプリントのコストを95%削減することに成功した
出典: Xianji.com

カナダのウエスタン大学とイタリアのトレント大学の研究者チームが、セラミック構造物を3Dプリントする新しい低コストの方法を開発した。この方法では、手頃な価格の FFF 3D プリンターとポリマー由来セラミック (PDC) と呼ばれる材料のみを使用します。本質的には、セラミック前駆体構造をポリマーの状態で印刷し、炉で焼成することで高解像度のセラミック部品を得ることができます。

この方法は、温熱療法システムや骨組織の再生などの用途に大きな影響を与える可能性があります。プレセラミックポリマーはポリマーの状態で成形され、その後熱分解されてさまざまな種類のセラミックが生成されます。この技術を使用してハニカムセラミックを製造することができます。

セラミック 3D プリントに必要なシステムや材料の多くは比較的高価で操作が難しく、複雑なセラミック部品へのアクセスが制限されます。 PDC は、セラミック前駆体ポリマーの熱分解によって形成されるセラミック材料であり、多くの障害なしにセラミック 3D 印刷を行う代替手段を提供します。これらの材料は、最終的な後処理段階の前に、より簡単に処理できるポリマーの形で印刷できます。しかし、ピアース氏と彼のチームによると、FFF 3D プリンティングと PDC を統合する研究は不足しているそうです。

プロジェクトを開始するにあたり、研究者らは熱可塑性ポリウレタン(TPU)ベースのフィラメントにプレセラミックポリマーを含浸させました。得られた含浸材料は、一連のハニカム構造を 3D プリントするために使用され、熱分解されて最終的なセラミック材料である完全に高密度の SiOC(N) が生成されました。

印刷されたセラミック構造は、デスクトップの Lulzbot 3D プリンターで簡単に入手できる材料を使用して製造されながら、最大 1500°C の動作温度に耐えられることがわかりました。研究者たちは、これらの複雑なセラミック構造を他の方法の5%未満のコストで3Dプリントできると計算した。

さらに、SiOC(N)成分は生体適合性があり、その表面での急速な細胞接着を促進することが判明しました。部品の早期細胞活性化は、材料の多孔性を調整することで調整可能であることが示され、研究チームは骨再生アプリケーションのために人間の骨組織の形状を模倣することができました。

今後の研究としては、ピアース氏と彼のチームは、ナノフィラー添加剤を追加したり、TPU ベースのフィラメントを微調整したりして、印刷方法を変更する予定です。これにより、アクティブ フィルター、触媒コンバーター、導電性コンポーネントなどのユースケースにこの技術の適用範囲が広がる可能性があります。


セラミック、成形、TPU

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