クモの糸を模して高強度を実現――液晶ポリマーを使った新たな3Dプリント法を開発

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スイスのチューリッヒ工科大学は、液晶ポリマー(LCP:Liquid Crystal Polymer)を用いて、熱溶融積層(FFF)方式の3Dプリンターでも高い機械的強度を備えた造形物を出力する手法を開発した。安価なデスクトップ3Dプリンターでも利用することができるというこの研究成果は、2018年9月12日付の『Nature』誌に掲載されている。

FFF方式の3Dプリンターは高い造形の自由度を持つものの、利用できるポリマーの機械的強度が低いという課題があり、工業用大量生産品としての利用度が低い。

チューリッヒ工科大学の研究者達は、FFF方式の弱点を補う方法を自然界に求め、クモの糸と木材からインスピレーションを得た。クモの糸は繊維方向に沿った絹糸タンパク質の高度な分子整列により、他に例を見ない高い機械的強度特性を有している。また、木材は、局所的な負荷を受けるとその応力曲線に沿って繊維を配置する能力がある。

研究者達は、フィラメントに液晶ポリマーを使用し、ノズルからの押し出す際にクモの糸が備える高度な整列を再現し、積層方向の優れた機械的性質を実現した。加えて、木材繊維の持つ異方性を模して、負荷条件に従ったプリント経路の局所方向の調整に利用した。このようにして3Dプリントされた造形物は、最先端の3Dプリント技術で作成されたポリマー構造よりもはるかに強いという。

チューリッヒ工科大学は、この研究を入手が容易なポリマーと市販のデスクトップ3Dプリンターで実施した。そのため、オープンソースコミュニティーがこれをさらに発展させることが可能だとの期待を表明している。

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The Next Step for 3D Printing

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