水を使った3Dプリントで金属の耐久性が20倍に

In 3D - Ảnh 1. — プラスチックや金属粉末を必要とせず、スイスの科学者が水ゲルから金属を「生成」 - 3Dプリンティング業界全体を変える可能性のある前進 - 写真：EPEL

ローザンヌ連邦工科大学ローザンヌ校（スイス、EPFL）の科学者らは、3Dプリント技術における画期的な進歩を発表しました。従来の方法で金属をプリントする代わりに、一般的な水性ゲルであるハイドロゲルから材料を「成長」させる手法を開発し、従来の技術よりも20倍も高密度で機械的強度の高い金属およびセラミック構造を作り出しました。

研究チームによると、光重合法は現在、光に敏感な樹脂にしか適用できないため、用途が限られている。3Dプリントした樹脂を金属やセラミックに変換する過去の試みでは、多孔性と収縮の問題があり、製品の変形や耐久性の低下を招いていた。

EPFL（スイス連邦工科大学ローザンヌ校）材料化学・製造研究所所長のダリル・イー氏率いる研究チームは、新たな方法を発見した。金属化合物をプラスチックに事前に混合するのではなく、ハイドロゲルを用いてテンプレートを3Dプリントし、それを金属塩溶液に繰り返し浸すという手法だ。このプロセスで、金属イオンはナノ粒子に変換され、ゲル全体に均一に拡散する。

このようなサイクルを5～10回繰り返すと、ハイドロゲルフレームワークは加熱によって除去され、元のプリントの形状を維持した固体の金属またはセラミックスが残ります。金属塩はプリント後にのみ添加されるため、同じハイドロゲルフレームワークを使用して、鉄、銀、銅からセラミックスや複合材料まで、幅広い材料を作成できます。

「私たちの研究は、シンプルで低コストの3Dプリントプロセスを使用して高品質の金属やセラミックを生産することを可能にするだけでなく、3Dプリントの前ではなく後に材料を選択するという新しい考え方を開拓します」とYee氏は述べました。

研究チームは、鉄、銀、銅を用いてジャイロイドと呼ばれる複雑な幾何学的構造を作製し、試験を行った。その結果、これらの試験片は従来の技術で作製された材料と比較して20倍の圧縮に耐えることができ、収縮率は約20%（従来の60～90%）にとどまることが示された。

この研究は、軽量かつ高強度な先進的な3D構造の製造における大きな応用が期待されており、センサー、バイオメディカルデバイス、エネルギー変換・貯蔵システムの製造に貢献します。この方法で作製された大きな表面積を持つ金属は、エネルギー技術における効果的な触媒やヒートシンクとしても活用できます。

EPFLチームは、このプロセスを工業生産に適したものにするために、特に材料密度の向上と処理時間の短縮に注力し、改良を続けていると述べた。「私たちはプロセス全体を自動化するロボットを開発しており、これにより製造時間全体が大幅に短縮されるでしょう」とイー氏は明らかにした。

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VNA

出典: https://tuoitre.vn/in-3d-bang-nuoc-giup-kim-loai-ben-gap-20-lan-20251019154932113.htm