3D プリント

ナノスケール 3D プリンティングが現実に近づきます

更新中 on 2023 年 1 月 23 日

ナノスケール 3D プリンティングは、ナノメートル単位で測定されたオブジェクトを 3D プリントできる機能です。一例として、1,000,000 ミリメートルは 1 ナノメートルです。サイズまたはその欠如をよりよく理解するには、直径 75,000 ～ 100,000 ナノメートルである人間の髪の毛のサイズを参照する必要があります。

ナノスケール 3D プリンティングの探求

この極微スケールのホストには、より小型のコンピューターチップや 1 個のプリントコンピューターボードから、バッテリーのより高速な充電/放電能力に取って代わるナノスケールの金属部品に至るまで、業界を破壊する可能性のある一連の製品が含まれています。

この画期的な進歩により、効率が向上し、小型部品の生産性が向上します。

マイクロエレクトロニクス、ナノロボティクス、センサー技術などの業界は、精度を損なうことなくこのようなナノスケールで作成できる能力から恩恵を受けることができます。現時点では大学アメリカ全土で、それぞれの業界が必要とする精度を維持しながらナノスケールで印刷するさまざまな方法を研究しています。

これらの研究機関のいくつかは電気技術の進歩に焦点を当てており、また他の研究機関はタンパク質、グリカン、または遺伝子の固定化などの光化学反応を利用するナノプリンティング法に注目しています。

ナノスケールで印刷された合成材料やプラスチックは、このスケールで印刷できる機能の恩恵を長い間受けてきましたが、科学者が金属物体をこのサイズで正確に印刷するという画期的な進歩を遂げたのはここ 2 ～ 3 年のことです。

このスケールで金属を 3D プリントすることで、科学者は原子ごとにオブジェクトを組み立てることができます。

ナノスケール 3D プリンティングソリューション

ドミトリー・モモテンコ博士でジュニア研究グループを率いています。化学研究所氏は、この技術により、彼のチームが現在の競合技術よりも 3 倍を超える速度で充電および放電できるバッテリーを 1000D プリントできるようになると考えています。彼の発言には次のようなものがあります。 「今日それが達成できれば、数秒以内にEVを充電できるようになります。」.

目標は、バッテリーセル内のイオン間の経路を飛躍的に短縮することです。ナノスケール 3D プリンティングにより、彼のチームはこの 20 年前のアイデアを再考することができ、電子が 3 つのセルから電子を通過させるのではなく、セル全体を一度に通過できる方法で電池の内部構造を XNUMXD プリントできるようになることを期待しています。セルの側面を反対側に置きます。

最小 25 ミクロンの金属構造を正確に印刷する能力により、アロボティクス (ナノスケールマイクロチップ) とマイクロエレクトロニクスは、このテクノロジーから同様に恩恵を受けることができます。

ナノスケール 3D プリンター技術

化学者リアイサン・ハサノバ氏オルデンバーグ大学は、ナノスケールでの印刷に必要な特殊なノズルチップを作成する任務を負っています。普通の石英ガラス管から始めて、厚さ1mmの毛細管に青い液体を挿入します。電気が印加されると反応が起こり、大きな衝撃音が発生します。次にチューブを取り外すと、要件を満たすのに十分な小さな穴が現れます。「デバイス内のレーザー光線がチューブを加熱し、チューブを引き離します。次に、引張力を突然増加させて、ガラスが真ん中で壊れ、非常に鋭い先端が形成されます。」博士号取得に取り組んでいるカサノバ氏はこう説明する。電気化学ナノテクノロジーグループで化学の博士号を取得オルデンバーグ大学、ドイツ。

大学でウェクロイキャンパスのラボには、厳格な基準に合わせて社内で構築およびプログラムされた 3 台のプリンターが備えられています。今日の消費者向け 3D プリンタとコンセプトは似ていますが、小さな違いが XNUMX つあります。それはサイズです。

これらのプリンターは精度を重視しており、印刷プロセスによって発生する振動を軽減するためにフォームを層状にした大きな花崗岩のベースを利用しています。これらの手順は、3D プリンターを正確に制御するのに役立ち、より小さなスケールでの精度が向上します。従来の粉末ベースの金属 3D プリンタは、ミクロンレベルの解像度しか実現できず、サイズの差は 1000 倍です。

プリンターの環境も考慮されており、チームは電磁干渉による研究室の照明を考慮に入れました。バッテリー駆動のライトを使用して、交流によって生成される電磁場を隔離します。

金属ナノ構造の概要

ナノスケールで印刷されたプラスチック分子は、強度が低く耐熱性が低いため、構造的な形状に簡単に操作できます。プラスチックの可鍛性の性質により、科学者はプラスチックを操作してより小さな形状にすることができます。この使いやすさが、印刷技術の最近の進歩のほとんどにつながりました。

比較すると、金属ナノスケール 3D プリンティングには、より厳しい公差と、熱と摩耗の両方に対する高い耐性が必要です。これらのプリンタには、洗練された印刷アルゴリズムから、小さくても正確な印刷を可能にするプリンタチップの再発明まで、最近の進歩が必要でした。

現在、チームは銅、銀、ニッケル、ニッケルマンガン、ニッケルコバルト合金を扱うことができます。モモテンコ博士と研究チームは、25ナノメートル、つまり195個の銅原子の大きさを持つ銅の螺旋柱を作成することに成功した。 2021 年のナノテクノロジージャーナル。 Momotenko 博士と同僚の Julian Hengsteler が開発した方法を利用し、フィードバック機構を押し出しヘッドと組み合わせて使用し、印刷中にノズルが固化するのを防ぐために必要な後退プロセスを仲介します。プリントは、毎秒数ナノメートルの速度で一度に XNUMX 層ずつ形を作ります。