- 2024-12-9
- Nessan Cleary 記事紹介
2024年12月9日
マサチューセッツ工科大学（MIT）とデルフト工科大学の研究者が、単一の素材から複数の質感や色のパーツをより簡単に製造できる 3Dプリントの新しいアプローチを実証した。
このプロセスは「スピード変調アイアニング」と呼ばれ、熱を利用して素材の質感や色を変更する。このプロセスはデュアルノズル 3Dプリンターでのみ機能し、一般的には中型の FFFマシンを指すが、ハードウェアを変更する必要はない。このプロセスは熱に反応するフィラメントのみで機能し、ほとんどのフィラメントがこれに該当する。
通常、材料を適用するには各ノズルを加熱する。しかし、このケースでは、最初のノズルは単にフィラメントを堆積させ、2番目のノズルは印刷された材料の上を通過し、不透明度や粗さの変化など、特定の反応を熱で活性化させる。
2番目のノズルから放出される熱量は一定だが、研究者は、2番目のノズルの速度、つまり材料上での滞留時間を制御することで、熱反応性フィラメントから特定の色や濃淡、粗さを実現するために材料を特定の温度まで加熱できることを発見した。熱量ではなく滞留時間を変化させることの利点は、ノズルが希望する温度まで加熱または冷却されるのを待つ必要がないことだ。
MITチームはデルフト工科大学の研究者と協力し、材料を特定の温度まで加熱するために2番目のノズルをどのくらいの速さで動かす必要があるかを予測する理論モデルを開発した。このモデルは、材料の出力温度と感温特性を関連付け、印刷されたオブジェクトに特定の色、濃淡、または質感を実現する正確なノズル速度を決定する。
MITの機械工学大学院生である Marwa AlAlawi氏は次のように説明している。「速度を変調することで、プリント層に異なる温度を与えることができます。これは炎の上で指を動かす場合と似ています。素早く動かせばやけどをしないかもしれませんが、炎の上でゆっくりと指を動かせば、指はより高い温度にさらされることになります」。
彼女は次のように付け加えている。「私たちが得る結果に影響を与える要素は数多くあります。私たちは非常に複雑なものをモデル化していますが、同時に、結果がきめ細かいものであることも確認したいのです」。
チームは、このアプローチを 3種類の市販の熱反応フィラメントでテストした。1つ目は LW-PLAと呼ばれる発泡ポリマーで、加熱すると粒子が膨張し、さまざまな色合い、半透明性、質感を実現できる。これにより、部分的に半透明の水筒などのオブジェクトを製作することができた。水ボトルを作るには、発泡ポリマーを低速でアイロンがけして不透明な部分を作り、高速でアイロンがけして半透明な部分を作った。また、発泡ポリマーを利用して、ライダーのグリップ力を向上させるために表面の粗さを変えた自転車のハンドルも製作した。
さらに、2種類の PLAフィラメント、1つは木繊維、もう 1つはコルク繊維で満たされたものも試した。どちらも炭化させることで、より濃い色合いを作り出すことができる。
この方法の主な利点は、異なるフィラメントに変更する必要がないため、マルチマテリアルプリンターを使用するよりも迅速に作業できることでである。しかし、それ以外では実現できない、ある状態から次の状態への段階的な移行も可能だ。さらに、材料がノズルで加熱されないため、廃棄物が少なく、このアプローチではエネルギー消費も少なくて済む。
この研究の詳細については、こちらをクリックしてください。
