LLNLチーム、2波長3Dプリンティングでサポート構造のボトルネックに取り組む

August, 15, 2025, Livermore--ローレンス・リバモア国立研究所(LLNL)の研究者は、新しい3Dプリンティング技術を開発した。これは、光を使用して複雑な構造を構築し、支持材料をきれいに溶解する、マルチマテリアル積層造形(AM)の可能性を広げるものである。

3Dプリンティングでは、従来のサポートは、特に複雑な部品をプリントする場合、プロセスに時間、無駄、リスクを追加することがよくある。しかし、ACS Central Scienceに掲載された新しい研究では、LLNLチームがカリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)の研究者と共同で、2つの光波長を使用して、1つの樹脂配合から永久構造と一時的なサポートを同時に作成する「one-pot」プリンティングアプローチの概要を示している。

この手法は、AMにおける長年の課題に対処している。デジタル光処理(DLP)3Dプリンティング技術の広範な採用の主なハードルである、手作業による取り外しを必要とする面倒なスカフォールディングを使わずに、吊り下げられた形状や張り出した形状をどのように製造するかに対処している。

「この研究は、マルチマテリアルプリンティングの可能性の拡大に別のオプションを追加する」と、主任研究者でLLNLスタッフ研究員のMaxim Shusteffは話している。「複数の材料を使用することは、多くの製造プロセスにとって重要である。3Dプリンティングを使用してそれを実現するのは困難だった。また、同じ材料から手動でプレス加工されたサポートを取り外すことは、生産活動でのDLPの使用を妨げ、部品の精度を損なうボトルネックの1つ。犠牲材料を溶解することは、自動化との互換性がはるかに高く、面倒さも少なくなる。」

この研究の主要なイノベーションの1つは、共著者でLLNLのエンジニアBryan Moranが特許を取得した、特注の2波長ネガティブイメージング(DWNI)DLPプリンタにある。このシステムは、単一のデジタルマイクロミラーデバイスを使用して、紫外線(UV)と可視光の両方を同時に投影し、それぞれ異なる化学反応を引き起こす。UV光は最終的なエポキシ構造を固化し、可視光はプリンティング後に溶解するように設計された分解性熱硬化性樹脂を硬化させる。

熱後処理後処理後、プリントされたオブジェクトは基本的な水性溶液に入れられ、サポートが穏やかに溶解し、損傷や残留物のない一次構造がそのまま残る。チームは、連結リングやケージ中のボール(Ball-in-a-cage)など、従来のレイヤーごとの方法では作成が困難または不可能な形状のフリーフローティング(free-floating)デザインのデモンストレーションに成功した。

このアプローチには、プリント時間の短縮、材料の無駄の最小化、解像度の向上など、実用的な利点がある。また、マルチマテリアル3Dプリンティングで一般的な障害であるプリントの途中でレジンを交換する必要もなくなると、研究者は語っている。

「われわれのワンポット埋め込みプリンティングアプローチは、オーバーハングやカンチレバーなどの支持されていない浮遊構造物の忠実度を向上させる。これは、製造中の崩壊や位置ずれを防ぐための一時的なスカフォールドとして機能する分解性支持体を使用することで、オーバーハングやカンチレバーなどである」と、筆頭著者でUC国立研究所のフィー大学院奨学生、まもなくLLNL材料エンジニアになるIsabel Arias Ponceは話している。「さらに、ヒンジやインターロッキングシステムなどのモバイルコンポーネントは、複数の部品間に分解可能なインタフェースをパターン化するだけで、所定の位置に製造できる。これにより、手作業による組み立てが不要になり、生産効率が向上する。」