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

基本信息

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

项目摘要

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。

光学和电子元件行业以及医疗设备需要开发具有复杂形状的廉价三维结构玻璃（3D石英玻璃）。但由于制造工艺复杂、热能消耗大等问题，3D石英玻璃的研发进展落后于树脂和金属。在这项研究中，我们将从根本上提出一种尚未阐明的立体光刻技术的3D玻璃制造工艺，并阐明制造工艺的材料设计准则。具体而言，为了通过实验了解二氧化硅颗粒在作为起始材料的光固化单体溶液中的分散和聚集状态特征，我们使用溶解度参数（SP值）来检查单体对二氧化硅分散浆料粘度的影响。我会考虑的。此外，我们的目的是阐明LED光照射能量与浆料光固化速度之间的相关性，并阐明石英玻璃的立体光刻工艺。传统上，使用玻璃和陶瓷等粘合剂的功能复合材料产品以浆料的形式进行处理，其中原料粉末分散在分散介质中，随后的过程包括脱水和干燥以生产最终产品。即，充分掌握并控制作为起始原料的浆料的特性很重要。继去年之后，本财年，在选择和设计单官能和多官能丙烯酸单体溶剂时，我们使用Fedors方法测定了10种不同分子结构的溶解度参数（SP值），该参数是二氧化硅颗粒与二氧化硅颗粒之间相互作用的指标。如下测量单体。结果发现，二氧化硅颗粒与单体的SP值之差越小，则粘度值越低，分散性有提高的倾向。此外，越来越清楚的是，施加到分散浆料的光固化照射能量和固化速率之间的关系极大地影响单体的分子结构。