3Dプリンティングに第4次元を付加

December, 8, 2022, West Lafayette--パデュー大学(Purdue University)の研究者は、粒子をフィラメントに加え、従来の溶融堆積モデリング(FDM)、3Dプリンタに均等に分散させるる特許申請中の方法を開発した。これは、機能部製造で産業を支援することになる。

研究チームは、3Dプリンティングフィラメントポリマに導電性粒子を導入するために新しい湿式混合を開発した。8月にPh.Dを取得したCole MaynardとJulio Hernandezが開発の中心。

従来の3Dプリンティングは、センシング機能のないパーツのプロトタイプを造る。センサは、事後の判断で部品に付加されなければならない。そのプロセスは、クッキーが焼き上がってから粉砂糖を加えるようなものと考えられる。粉砂糖は、クッキーの表面にのみ存在する。従来のフォイル型歪ゲージは、Newellによると、最も一般的な歪センサであり、プリントされた部品の表面にエポキシレジンで取り付けられている。しかし、この研究では、スプリンクル(粒子)は焼く前にクッキードーナツ全体に加えられている。このことの意味は、センシング機能がプリントされたコンポーネントの固有部分であり、コンポーネント内部のセンシングができるということである。スプリンクルと違い、これらのセンサは、顕微鏡でなければ見つけられないほど小さい。その微小スケールにより、プリントされた部品は、力を維持でき、同時に完全組込のセンシング機能を達成している。そうでなければ、それは組み込まれた大きなセンサのために犠牲になっていたと考えられる。

「一般に、その歪ゲージを前面に、あるいは部品の上部および底に取り付けて、その部品の全般的な歪についての情報を取得する。しかし、中間および内部構造は、モニタされることがない。ゲージが表面に取り付けられているからである」(Newell)。

パデュー大学の湿式法は、フィラメント全体に粒子の均等分布を確実にする。フィラメントに均等に分散するセンサにより、メーカーや研究者は、多様な形状の部品を設計できる。

「この研究成果によりユーザは、内蔵歪ゲージを備えた複雑な3D形状を作ることができる。従来のプロトタイプピースは、迅速に完全機能、構造的にアクセス可能な部品へ移行する。3Dプリントされた部品のアプリケーションの制約は、その耐久性である。この開発により、われわれは、プリントに埋め込まれたセンサにより部品の構造的健全性を継続してモニタできる」(Newell)。

Tailmanは、「この方法により、非常に優れた均一性を持つ導電性材料を作れる。これは、3Dプリントされた部品やセンサ設計の電気的応用を著しく拡大する」とコメントしている。

また、Garcia-Bravoは、「その材料はチューナブル、つまり、その電気的、機械的特性を調整してセンサ、部品を所望のアプリケーションに最適化できる」と言う。

新しい湿式プロセスは、センサ導電性のみに限られない。

「この研究をさらに広げて、同じ湿式方法を使って、他の粒子タイプを加えることができる。これには､電磁場用の磁気粒子、蛍光粒子、その他の機能の付加が含まれる」とNewwellは説明している。

研究は、Advanced Engineering Materialsに発表された。
(詳細は、https://www.purdue.edu)