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AI/IoT分野へ拡がるメッキ技術を応用した3Dプリンティングとは-早稲田大学ら研究グループ

早稲田大学理工学術院の梅津信二郎(うめずしんじろう)教授、シンガポール南洋理工大学の佐藤裕崇(さとうひろたか)准教授、吉野電化工業株式会社の曽根倫成(そねみちなり)らの研究グループは、3Dプリンターとめっきの技術を統合して利用することで、金属とプラスチックから構成される任意形状の立体を造形する技術の開発に成功し、研究結果を公表した。
(写真は、プラスチックと金属から構成される立体造形物サンプル 引用:早稲田大学公式サイトより)

今回の研究発表ポイント

・これまでは、熱溶解式3Dプリンタでは、融点が大幅に異なるため、金属とプラスチックから構成される立体造形物を作製することが実現出来なかった

・めっき技術と3Dプリンタ技術を組み合わせた新たな技術を開発することで、融点の問題を解決し、金属とプラスチックで構成される任意形状の立体を簡単に造形出来ることが実証された

AI/IoT用のデバイスやロボット製品等の今後の発展が強く期待される分野において、開発・研究の加速・促進に貢献すると期待されている

研究概要

背景―従来方式では作れなかった金属、プラスチック双方で構成される造形物

3Dプリンターの中でも、熱溶解式(通常FDM方式:Fused Deposition Modeling)の3Dプリンターに関する研究開発が近年盛んである。
例えば、金属用の3Dプリンターが治具や部品の開発に応用されており、プラスチック用の安価な3Dプリンターが一般家庭に普及してフィギュアやDIYの作製ツールとして使用されている。このように工業製品の製造から身の回りのものの製作まで幅広く熱溶解式の3Dプリンターによって作られている。

一方で、私たちの身の回りには金属のみの造形物や、プラスチックのみの造形物よりも、エレクトロニクスに代表されるような金属とプラスチックの双方が用いられて構成される造形物が多い。それにも拘らず、金属とプラスチックでは融点が大きく異なるため、これまでは熱溶解式3Dプリンターで金属とプラスチックの双方が用いられる立体造形物を作製することが出来なかった。このような問題を解決するために、めっき技術と3Dプリンター技術を組み合わせることに至った。

研究結果―めっき技術を応用した新たな技術開発

 研究では、無電解めっきを施すことが可能なフィラメントを独自に開発することで、めっき部(金属部)とプラスチック部の位置を制御した立体造形物の作製を実現できると考え、新たな開発手法を考えた。

 プラスチック用の3Dプリンタで一般的に使用される材料であるABS樹脂に塩化パラジウムを含有させたABS+PdCl2フィラメントを新たに開発し、その上で、開発したこのフィラメントとABSフィラメントをデュアルノズルの3Dプリンターによって、二色刷りの要領で、ABS+PdCl2部分とABS部分から構成される立体を3Dプリントする。

作成手順
作成手順(早稲田大学公式Webサイトより引用)

そして、3Dプリントされた造形物に対し、無電解めっきを施すことによって、塩化パラジウムの部分に金属が析出する。その結果、金属とプラスチックから構成される立体造形物を作成することが可能となった。

プラスチックと金属から構成される立体造形物の作製
プラスチックと金属から構成される立体造形物の作製(早稲田大学公式Webサイトより引用)

今後の展望―AI/IoT進出の可能性

 今回の研究結果から、3Dプリンターとめっき技術を組み合わせることによって、金属とプラスチックから構成される立体造形物を作ることが実証された。今後、AI/IoT用のデバイスやロボット製品等への活用はニーズがますます高まりつつある分野にて、研究の加速に直接的に貢献できると考えているとのこと。
また、研究者は本論文で開発した、金属とプラスチックのハイブリッド3Dプリンターによって、画期的なデバイスやロボットを製造していきたいと考えてるとのこと。

論文情報

雑誌名:Additive Manufacturing
論文名:Metal-Plastic Hybrid 3D Printing Using Catalyst-Loaded Filament and Electroless Plating
執筆者名(所属機関名):Jing Zhan (NTU), Takayuki Tamura (Waseda Univ.), Gyotong Ri (Waseda Univ.), Zhenghao Ma (Waseda Univ.), Michinari Sone (Yoshino Denka Kogyo, Inc.), Masahiro Yoshino (Yoshino Denka Kogyo, Inc.), Shinjiro Umezu (Waseda Univ.), Hirotaka Sato (NTU)
オンライン掲載:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860420309283
DOI: https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101556

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