新研究：複雑な構造に安価な高解像度3Dプリンティング、二重レーザーで効率改善

Tokyoパデュー大学の研究者たちは、〈強調〉3Dプリンティングにおける二つのレーザーの新しい活用法〈/強調〉を考案し、精密な構造物をより安価に製造できるようにしました。従来、二光子重合は高価なフェムト秒レーザーに依存しており、これは材料を正確に固化することが可能ですが、とても高額です。研究チームのリーダーであるXianfan Xuによれば、この高コストが原因で、この技術が製造業で一般的に使用されていないとのことです。

新しい手法では、可視光を発する安価なレーザーと赤外線を発する高速レーザーを組み合わせて使用します。これにより、コストのかかる高速レーザーの必要電力が最大50%削減されます。その結果、3Dプリンティングのプロセスがより経済的になり、さまざまな用途で活用できるようになります。

徐氏は、高解像度の3Dプリンティングが様々な用途を持っていると説明しました。その応用例には、3D電子デバイス、バイオメディカル分野のマイクロロボット、組織工学用の3D構造物や足場などが含まれます。彼らの新しい3Dプリンティング手法は、既存のフェムト秒レーザー3Dプリンティングシステムに容易に導入することができます。

研究チームは印刷の速度を上げ、コストを削減したいと考えました。彼らは初期段階で使用する高価なフェムト秒レーザーから、より安価なレーザーに切り替えました。この段階では、印刷開始前に材料中のブロッキング剤の数を減らします。

研究者たちは、532 nmのナノ秒レーザーと800 nmのフェムト秒レーザーを活用した新しい技術を開発しました。両方のレーザーが材料に与える影響のバランスを見つけるため、彼らは化学プロセスを理解するための新たな数学モデルを構築しました。このモデルにより、レーザーがどう相互に作用するか計算し、フェムト秒レーザーの出力を低減しつつも高品質な印刷結果を得るための重要なプロセスを特定することができました。

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新しい手法を改良した後、研究者たちはそれを使って様々な2次元および3次元デザインを試験しました。彼らは、25 x 25 x 10 マイクロメートルの小さな木材構造、微小なバッキーボール、カイラル構造、そして三葉結び目の作成に成功しました。試験結果により、新しい手法は2次元デザインにおいて最大80%、3次元デザインで最大50%のレーザー出力を削減できることが示されました。

この新しい印刷技術は、製品の製造方法を大きく変える可能性があります。電子機器や医療分野での新しいデバイスの開発を促進するでしょう。印刷コストが安くなることで、より多くの人々が<stro強lg>高品質の3Dプリント</stro強lg>を利用できるようになります。これにより、多くの分野で革新が加速することが期待されています。

この研究は小規模な企業や個人の発明者に非常に有益である可能性があります。費用の削減により、詳細な3Dプロトタイプの作成が容易になるかもしれません。また、より多くの学校が先進的な3Dプリンティング技術にアクセスできるようになり、実践的な学習や新しいアイデアの促進にもつながるでしょう。

研究者たちは3Dプリントの速度を上げ、コストを下げることを目指しています。これが成功すれば、この技術が多くの産業で広く利用される可能性があります。これにより、複雑で高品質な構造物の創造が可能となり、3Dプリント分野における大きな前進となるでしょう。