科学者が 3D の品質を向上させる新しい技術を開発

2023 年 7 月 27 日

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過去 10 年にわたり、3D プリンティング技術は前例のない発展と変化を経験しました。 現在では、非常に競争力のあるコスト複合体で 3 次元オブジェクトを迅速に製造できるようになりました。 これにより、3D プリンターは航空宇宙産業や医療機器などのさまざまな分野に特に魅力的で適切なものになります。

最近まで、光ベースの 3D プリンティングまたは積層造形 (AM) のパラダイムは、主に液体フォトポリマー樹脂のバットの使用に依存していました。 紫外線 (UV) 光線が樹脂を一度に 1 層ずつ硬化させ、新しい層が硬化するたびにプラットフォームが作成中のオブジェクトを下に移動させます。

UV 光は、ラスター スキャンして樹脂を 1 点ずつ固化するか、樹脂上にフラッシュして層全体を一度に硬化します。 印刷プロセスのレイヤーごとの性質により、これらの光ベースの AM 技術には大きな幾何学的制約とスループット制限があります。

Light: Advanced Manufacturing に掲載された新しい論文の中で、ローザンヌ連邦工科大学のクリストフ・モーザー教授率いる科学者チームは、投影されたパターンを拡大することなく 3D プリントアイテムの品質を向上させる新しい技術を開発しました。

ここ数年、層ごとのアプローチから脱却した完全容積積層造形 (VAM) テクノロジーがいくつか登場しました。

二光子光重合は、光を用いた最先端の立体印刷です。 横方向分解能 100 nm、軸方向分解能 300 nm のマイクロスケール物体の製造が可能になります。 ただし、このプロセスは遅く、印刷速度はわずか 1 ～ 20 mm3/h であり、高価なフェムト秒レーザー光源が必要です。

最終的に、プリンターの光学解像度によって、達成可能な印刷ボクセル サイズが決まります。 DLP および断層撮影 VAM では、光学解像度はせいぜい光のパターン化に使用される変調器、つまり DMD の機能によって決まります。

研究チームは、Texas Instruments の DLP7000 チップを使用しました。このチップには、8 ビット画像を表示できる長方形アレイに配置された Nx × Ny = 768 × 1,024 個のマイクロミラーが表面にあります。 DMD 画像はチームの光学システムで 1.66 倍に拡大されます。 バイアル上に得られるパターンは 1.74 cm × 2.33 cm、解像度は 23 μm です。

解像度を損なうことなく印刷オブジェクトのサイズを大きくする唯一の方法は、DMD をバイアルに移動するか、その逆に移動することです。 研究チームは、らせん状の軌道で光ビームの周りでサンプルを移動させることを提案しました。 彼らは、フォトレジンバットの回転軸に関して光軸を偏心させることによって、解像度を損なうことなく横方向の印刷可能なサイズを2倍にできることを示した。

これら 2 つのトリックを組み合わせると、バイアル内の構成ブロックの数が最大 12 倍に増加します。利用可能な印刷ボクセルを使用して、最大 3 cm × 3 cm × 5 cm の大きなオブジェクトを数分で印刷します。