2 つの材料でできた物体が壊れそうになった場合、通常は 2 つの材料が接触する界面で破損が発生します。新しい光活性化 3D プリント樹脂は、単一のオブジェクト内で硬い状態から柔らかい状態へと徐々に変化できるようにすることで、この問題を解決します。テキサス大学オースティン校のザック・ペイジ助教授と同僚らが開発したこの液体樹脂は、柔軟な軟骨と滑らかに融合する硬い骨などの天然素材からヒントを得たものだ。
この物質はエポキシアクリレートモノマーと光増感剤化合物で構成されています。これは、Digital Light Processing (DLP) と呼ばれる 3D 印刷技術で使用されます。この技術では、感光性樹脂が入った容器の透明な側面に焦点を絞った光のパターンを通過させ、容器内の特定の領域の樹脂を複数の層の固体材料に重合させます。
新しい樹脂の領域が紫色の光にさらされると、その領域の樹脂は硬くかつ柔軟なゴムのような材料を形成します。一方、樹脂が紫外線にさらされると、その部分の光感作剤の作用により樹脂が硬くなり、剛性が増します。
重要なのは、2 つの光の境界線を柔らかくブレンドすることで、1 回の印刷ジョブで柔らかいゴムから硬いポリマーに徐々に移行できることです。
「自然は、硬い素材と柔らかい素材を界面で途切れることなく組み合わせるという有機的な方法でこれを達成した」とペイジ氏は語った。 「私たちはこの現象を再現したかったのです。」
これまでのところ、この技術は、柔らかい円筒の中に埋め込まれた硬いバネで構成されたショックアブソーバーなどの 3D プリントされた物体で実証されています。埋め込まれた金線の破損を防止するための剛性部分を備えた伸縮性電子デバイス。硬い骨と伸縮性のある靭帯を備えた膝関節のモデル。
将来の応用例としては、外科手術のトレーニングモデル、ウェアラブルセンサー、さらにはソフトロボットなどが考えられます。
ケース・ウェスタン・リザーブ大学の科学者らが、イカのくちばしにヒントを得て、照射する光の量を変えることで硬くなったり柔らかくなったりできる同様の素材を以前に開発していることは特筆に値します。
最近、カリフォルニア大学サンタバーバラ校とローレンス・リバモア国立研究所の研究者らは、紫外線や可視光線への露出に応じて永久的あるいは溶解性の固体を形成できる樹脂を開発した。
UT オースティンの樹脂に関する論文が最近 Nature Materials 誌に掲載されました。