独自のレジンにより、3Dプリント法で加算・減算が可能

November, 26, 2025, Livermore--青色レーザ光の下で、アディティブ製造(AM)、つまり3Dプリンティングは通常、一方通行である。デジタルライトプロセッシング(DLP)プリンタでは、構造化されたパターンを液体樹脂の層に投影し、硬化・固化させる。これにより、物体が層ごとに積み重なっていく。しかし、プリントが完全に正しくなければ、後から簡単に修正する方法はなく、たいていゴミ箱行きになる。

新しい研究(Advanced Materials Technologiesに掲載された研究で、ローレンス・リバモア国立研究所(LLNL)の研究チームは、従来の3Dプリントを二重波長の挙動導入することで強化する独自の樹脂を用いたハイブリッド増築・減法製造システムを開発した。ブルーライトの下では樹脂が硬化する。紫外線の下では液体に戻される。ハイブリッドプリントシステムは修正製造を可能にし、プリント解像度を向上させ、部品のアップサイクルやリサイクルを可能にする。

「もしある企業がある機械に合う部品が必要だったのに、それが試作機で、何が欲しいのかはっきりしていないとしたらどうなるか」とLLNLの科学者で著者のBenjamin Alamedaは言う。「理論上はわれわれのレジンでプリントすることも可能だ。もし欠陥や変更したい点があれば、新しい部品をプリントする必要はない。単に別の波長を当てて既存の部品を改造すればよい。それは有用で無駄も少ない。」

例えば、研究チームは2つの分離されたチャネルを持つ流体装置をプリントした。レジンの劣化反応を利用して、プリント後にチャネルを接続することができた。

「われわれは意図的にこうしたように作った。しかし、もし本当にチャンネル接続の失敗なら、プリント全体をやり直さなければならない」とLLNLの科学者で著者のJohanna Schwrtzは言う。「今では、事後的に非常に簡単な修正をするだけだ。再び使えるようになる。」

特許取得済みの樹脂技術は、LLNLのイノベーション・パートナーシップオフィス(IPO)を通じて商業化が可能となっている。これにより、すべての光ベースのプリントシステムによって複雑で詳細な部品を高解像度で作成し、表面を滑らかにし誤りを修正し、仮設サポート構造の追加・撤去が可能である。この技術はLLNL独自の施設、能力、専門知識を用いて生産され、先進的な製造企業によるライセンス取得や既存の3Dプリンタへの使用が可能で、編集可能でリサイクル可能な3Dプリントを可能にすることで時間と材料費の節約ができる。

レジンこそがこの二重機能プリンティングの成功の鍵であり、著者たちはその化学成分の各成分を最適化した。青色光は樹脂中の分子を架橋ネットワークに結合させ、これは3Dプリンティングの標準的な技術である。新しい工夫として、紫外線は樹脂中に酸を生成する。分子は酸に反応するように特別に調整されており、分解して液体に戻る。

安定性と劣化性のバランスを取るのは課題だった。チームは樹脂が硬化・分解を速く行うよう設計したが、自然に劣化するほど速くはないと考えた。標準的なコーティングが太陽の自然紫外線による部品の破損を防ぐことができると指摘した。

今後、科学者たちはこのハイブリッド製造の能力をさらに拡大し、オンマシン計測とフィードバック制御を統合し、プリントエラーを自動かつ自律的にリアルタイムで修正する。

「プリンティングエラーが見つかったら、投影画像を適応的に修正してその誤りを即時修正できるため、真の適応型製造が可能になる。DLPプリンティングに加え、この手法を回転する樹脂のバイアルに光を当て、同時に3D部品を製造する体積増し・減法製造にも応用する計画である」と、著者でLLNLの科学者であるLiliana Dongping Terrel-Perezはコメントしている。

このプロジェクトはLDRD事務所の資金提供を受け、Liliana Dongping Terrel-Perezが主導した。