レーザー基盤の体積積層造形でシリカガラスの精密3Dプリントを実現

従来のガラス製造技術はコストと時間がかかり、3Dプリントでは表面が粗くなり滑らかなレンズには不向きでした。ローレンスリバモア国立研究所（LLNL）とカリフォルニア大学バークレー校の研究者たちは、新しいレーザー基盤の体積積層造形（VAM）アプローチ（数秒で造形できる新興の3Dプリント技術）を用いて、シリカガラスで微細な物体を3Dプリントすることに成功しました。これは、数秒〜数分で造形できる繊細で層のない光学部品の製造を目指した取り組みの一環です。

「リプリケーター」と呼ばれるCAL技術

SFドラマ「スタートレック」に登場する、ほぼあらゆる物体を瞬時に製造する架空のデバイスにちなんで「リプリケーター」とニックネームされた、LLNLとUCバークレー校が開発した計算軸リソグラフィー（CAL）技術は、CT（コンピュータ断層撮影）イメージング手法に着想を得ています。CALは、対象物体のデジタルモデルから多角度の投影を計算し、これらを計算的に最適化して、デジタル光プロジェクターを用いて回転する感光性樹脂の体積に投影します。時間の経過とともに、投影光パターンが材料内で3D光線量分布を再構築・蓄積し、光閾値を超えるポイントで物体を硬化させながら樹脂槽が回転します。完全に形成された物体がわずか数秒で出現します。これは従来の積層式3Dプリントより遥かに高速で、その後槽を排水してパーツを取り出します。

マイクロCALとナノコンポジットガラスレジンの組み合わせ

レーザー光源を用いるマイクロスケールVAM技術「マイクロCAL」と、ドイツ企業グラスマーとフライブルク大学が開発したナノコンポジットガラスレジンを組み合わせ、UCバークレー校の研究者たちは、表面粗さわずか6ナノメートル、最小フィーチャーサイズ50ミクロンの頑丈で複雑な微細構造ガラス物体の製造を報告しました。

UCバークレー校機械工学准教授でプロジェクトの主任研究者であるヘイデン・テイラー氏は、より高い光線量でより高速・高解像度に3D物体を硬化させるマイクロCALプロセスと、LLNLで特性評価されたナノコンポジットレジンが「互いに完璧なマッチ」であり、「造形物体の強度において驚くべき結果を生み出した」と述べています。

従来積層法との強度比較

チームは、マイクロCALで造形したガラスと、より従来の積層ベースプリントプロセスで同サイズ造形した物体の破壊強度を比較しました。CAL造形構造物の破壊荷重がより密にクラスタリングされていることが判明し、研究者たちは従来技術よりもCAL造形コンポーネントの破壊荷重により高い信頼性を持てることを意味します。

多様な実用応用への期待

過去数年間、LLNL/UCバークレー校のVAM共同研究は、様々なレジンと材料で複雑な物体の作成を実験してきました。最新の進展は、VAM法で達成可能な化学と材料特性の範囲を拡大できる新たな汎用材料クラスの発見を目指したUCバークレー校との研究から生まれました。

研究者たちによると、VAMプリントガラスは微細フィーチャーを持つ固体ガラスデバイス、より幾何学的自由度が高く高速な光学部品の製造に影響を与え、新機能や低コスト製品を可能にする可能性があります。

実用応用としては、高画質カメラ、コンシューマーエレクトロニクス、医療用画像、化学センサー、VRヘッドセット、高性能顕微鏡、そして「ラボオンチップ」アプリケーション（医療診断用の微細チャネルが必要）のような困難な3D形状を持つマイクロ流体デバイス、基礎科学研究、ナノ材料製造、薬物スクリーニングなどが期待されます。

詳細については、キャリー・マーティンまでお問い合わせください。メールアドレスはスパムボットから保護されています。表示にはJavaScriptが必要です。電話：935-424-4175。