光造形3Dプリンタ装置による複雑な形状の 金属・樹脂の精密3次元構造体の作製に成功 

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光造形3Dプリンタによる複雑な形状の金属・樹脂の精密3次元構造体の作製

【概要】

早稲田大学理工学術院の梅津 信二郎教授、シンガポール南洋理工大学の佐藤 裕崇教授らの研究グループは、光造形3Dプリンタとめっきを組み合わせ、複雑な形状の金属・樹脂の精密3次元構造体を作製することに成功いたしました。新たに開発した、複数の樹脂を使用することが可能な光造形3Dプリンタ装置を用いて、標準樹脂と金属イオン含有樹脂（以下、活性前駆体）を組み合わせた立体構造物を作製いたしました。金属イオン含有樹脂に、選択的な無電解めっきを適用することによって、プラスチック上に綺麗な金属めっきを設けることができます。

本研究は、光造形3Dプリンタとめっき技術を利用するものであり、解像度40μmで、複雑形状で、様々な金属・プラスチック複合材料部品、電子回路などを作製できます。

本研究成果は、アメリカ化学会が発行する「ACS Applied Materials & Interfaces」に、2022年10月6日（木）にオンラインで掲載されました。

■今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

今回、使用する樹脂に合わせて露光時間などを調整可能で、複数の樹脂を使用する光造形3Dプリンタ装置を開発し、標準樹脂と金属イオン含有樹脂（以下、活性前駆体）を組み合わせた立体構造物を作製した。金属イオン含有樹脂に、選択的な無電解めっきを適用できるため、プラスチック上に綺麗な金属めっきを設けることが可能となった。本アプローチには、①特定の金属パターンを有する複雑な金属・プラスチック 3D 部品を製造することができる、②高集積でカスタマイズ可能な 3 次元マイクロエレクトロニクスの造形が可能であるといったメリットがある。めっき可能な樹脂と通常樹脂から構成される立体を光造形3Dプリンタで造形し、その上で、めっきを施すことによって、めっき可能な樹脂の部分が金属となる。このプロセスは、単純な原理のため、複雑なエレクトロニクスの製造が可能ですが、「高価な製造装置」「複雑なプロセス」が不要である。

■研究の波及効果や社会的影響

本研究により、めっきを援用することで、3Dプリンタにより、金属とプラスチックから構成される立体造形物を複雑に造形可能なことを実証したことは大きな成果である。3Dプリンタは自由な造形が可能だと認識されているが、金属造形物の作製とプラスチック造形物の作製で使用される3Dプリンタは、異なるものである。様々なエレクトロニクスを自作できることを実証したため、次世代エレクトロニクスの製造が求められているロボット・IoTデバイスの開発に大きな効果を発揮すると考えられる。

■論文情報

雑誌名：ACS Applied Materials & Interfaces

論文名：New Metal–Plastic Hybrid Additive Manufacturing for Precise Fabrication of Arbitrary Metal Patterns on External and Even Internal Surfaces of 3D Plastic Structures

執筆者名・所属機関名：Kewei Song※1、Yue Cui※1、Tiannan Tao※1、Xiangyi Meng※1、

曽根 倫成※2、吉野 正洋※2、梅津 信二郎※3、＊、佐藤 裕崇※4、＊

　　※１ 早稲田大学大学院創造理工学研究科

　　※２ 吉野電化工業株式会社

　　※３ 早稲田大学理工学術院

　　※４ 南洋理工大学

　　＊責任著者

掲載日時：2022年10月6日（木）

掲載URL：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c10617

DOI：10.1021/acsami.2c10617