高機能性シリカガラスを作製するための3Dプリンタ光造形プロセスの解明

阐明用于生产高功能石英玻璃的 3D 打印机立体光刻工艺

• 批准号: 21K04738
• 负责人: 藤野 茂
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04738/
• 关键词: シリカガラス; ３D プリンタ; 積層造形; 焼結; 光重合; 省エネルギー製造プロセス; 成形加工; 付加製造法; 光造形; 粉末焼結; 透明

光・電子部品産業ならびに医療機器向けに、安価で複雑形状を有する3次元構造ガラス（3Dシリカガラス）の開発が望まれている。しかしながら、製造プロセスの複雑さ、多大な熱エネルギー消費等の問題により、3Dシリカガラスの研究開発の進展は樹脂や金属に比べ遅れている。本研究では基礎的見地から未だ解明されていない光造形法による3Dガラス製造プロセスの提案を行い、製造プロセスの材料設計指針を明らかにする。具体的には出発原料である光硬化性モノマー溶液中のシリカ粒子の分散・凝集状態特性を実験的に把握するため、シリカ分散スラリーの粘度に及ぼすモノマーの影響について溶解度パラメータ(SP値)を用いて考察する。更には、スラリーに対するLED光照射エネルギーと光硬化速度との相関を明らかにし、シリカガラスの光造形プロセスの解明することを目的とする。従来、ガラス、セラミックスをはじめとするバインダーを用いた機能性複合材料製品は原料粉末を分散媒中に分散させたスラリーの状態で扱われ、その後の工程として、脱水、乾燥などを得て最終製品となる。すなわち、出発原料であるスラリー特性の十分な理解と制御が重要となる。本年度は昨年度に引き続き、単官能、多官能アクリルモノマー溶媒の選定と設計に際し、10種類の様々な分子構造を有する溶解度パラメーター (SP値)をFedors法により求め、シリカ粒子とモノマーの相互作用の指標として粘性測定を行った。その結果、シリカ粒子のSP値との差が小さいモノマーになるにつれ、粘性値は低下し、分散性が向上する傾向が見られた。更に、分散スラリーへの光硬化照射エネルギーと硬化速度の関係はモノマーの分子構造に大きく影響することが明らかになりつつある。

需要开发带有廉价和复杂形状的3D结构玻璃（3D硅胶玻璃），用于光和电子组件和医疗设备。但是，由于制造过程的复杂性和大量的热能消耗等问题，与树脂和金属相比，3D硅胶的进度延迟了。在这项研究中，我们通过一种尚未从基本角度阐明的光学形成方法提出了一个3D玻璃制造过程，并阐明了制造过程的材料设计指南。具体而言，为了实验地掌握光学固化单体溶液中二氧化硅颗粒的分散和聚集特性，将溶液参数（SP值）用于单体对二氧化硅分布的浆液的影响。此外，目的是阐明LED光释放的能量与浆料的照片速度之间的相关性，并阐明硅胶玻璃的光学处理过程。从传统上讲，使用粘合剂（例如玻璃和陶瓷）的功能性复合材料是在泥浆状态下处理的，在该状态下，将原料粉末分散在分布式培养基中，并且作为随后的过程，将获得脱水和干燥。也就是说，对浆料特征的足够理解和控制是起始原材料的重要性。这个财政年度，作为一个参与者，多个功能丙烯酸单体溶剂选择和设计，Fedors方法要求具有10种各种类型的分子结构的溶液参数（SP值），以及硅胶颗粒和单体相互作用的指标进行粘性测量。结果，随着二氧化硅颗粒的SP值的差异变得较小，粘度值降低并改善了色散。此外，越来越清楚的是，照片照射和固化速度与分布式浆料之间的关系对单体的分子结构有重大影响。

项目成果

シリカガラス製ピックを用いたエレキギター弾弦の音色の評価

使用石英玻璃拨片评估电吉他琴弦的音色

• 发表时间: 2022
• 作者: 伊藤慎一郎;藤野茂
• 通讯作者: 藤野茂

光重合法を用いた希土類イオンドープシリカガラス焼結体の作製

光聚合法制备稀土离子掺杂石英玻璃烧结体

• 发表时间: 2022
• 作者: 手嶋 諒治 ;本田 真士;村田 貴広;藤野 茂
• 通讯作者: 藤野 茂

複雑形状を有する透明焼結シリカガラスの３D光造形法に関する研究

复杂形状透明烧结石英玻璃3D立体光刻研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Ikeda Yuji;Soriano Joey Kim;Ohba Hironori;Wakaida Ikuo;藤野 茂
• 通讯作者: 藤野 茂

Fabrication of Transparent Silica Glass by Powder Sintering Method Aiming Desired Shape Molding

通过粉末烧结法制造透明石英玻璃以实现所需形状成型

• DOI: 10.2497/jjspm.69.73
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy
• 作者: 石田 和也;田代 真一;野村 和史;Wu Dongsheng;田中 学;藤野茂
• 通讯作者: 藤野茂

Laser Fabrication Method for 3D Complex Silica Glass

3D复合石英玻璃的激光制造方法

• 发表时间: 2023
• 作者: Kazuya Ishida;Shinichi Tashiro;Kazufumi Nomura;Dongsheng Wu;Manabu Tanaka;Shigeru Fujino
• 通讯作者: Shigeru Fujino