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2026-02-18 08:47:00
からの科学者 テキサス大学オースティン校、 サンディア国立研究所と他の2つの米国国立研究所は、非常に多様な機械的特性と光学的特性を備えた物体を、微細なピクセルレベルのスケールで製造できる3Dプリンティング技術を発表した。この方法は広く入手可能な材料と手頃な価格の 3D プリンターに依存しており、医療トレーニング用の現実的な解剖学的モデルや革新的な個人用保護具などの用途の可能性が開かれています。
「私たちは三次元空間で分子レベルの秩序を制御することができ、それによって材料の機械的および光学的特性を完全に変えることができます」と、この論文の著者であるテキサス大学化学准教授のザック・ペイジ氏は述べた。 「そして、光の強度を変えるだけで、本当にシンプルで安価な原料からすべてを実現できます。本当にエキサイティングなのは、その中心にあるシンプルさです。」
この作業への資金提供は次のとおりです。 米国エネルギー省、 国立科学財団、そして ロバート・A・ウェルチ財団。
研究者らは、皮膚、靱帯、腱、骨の硬さや柔軟性を模倣する明確な領域を備えた単一の原料から人間の手のモデルを作成しました。画像はテキサス大学オースティン校経由。
クラフトの仕組み
この技術は「熱可塑性プラスチックの積層造形における結晶化度調整（CRAFT）」と名付けられ、市販の 3D プリンターを使用してシクロオクテンと呼ばれる一般的な液体樹脂を固体の物体に変換します。このプロセスでは、樹脂に浸したプラットフォーム上に一連のグレースケール画像を投影します。プラットフォームが垂直に移動すると、これらの画像は顕微鏡で見るほど薄いポリマー層を築き、さまざまなレベルの硬度と透明度を持つ複雑な構造を作成します。
CRAFT 法の概略図。より非晶質のマトリックス内に埋め込まれた結晶性スカルの印刷を示しています。画像はテキサス大学オースティン校経由。
この方法は医療用途を超えて、ヘルメット、防具、防音材などにエネルギー吸収材料を使用できる可能性があります。ページ氏は、樹皮や骨などの硬い領域と柔らかい領域を交互に配置することで、構造が振動や衝撃に耐えられるようにする、生物からインスピレーションを得た設計の可能性を強調しました。
「この方法と互換性のある DLP または LCD 3D プリンティングは、購入できるプリンタの中で最も安価なものの 1 つです」とペイジ氏は言います。 「グレースケール投影機能を備えたこれらのプリンターを 1,000 ドル以下で入手して、印刷レースに参加できます。」
研究者らは、硬い領域と 3 つの柔らかい領域を備えた引張棒を作成しました。画像はテキサス大学オースティン校経由。
3D プリント医療モデルにはクラフトが重要
マルチマテリアル医療モデルプリンティングは進歩を続けているにもかかわらず、現在のアプローチでは、CRAFT のイノベーションの中心となる能力である、ボクセルまたはピクセルレベルで細かく変化する機械的特性と光学的特性を完全に組み合わせるにはまだ達していません。たとえば、Stratasys J750 / Stratasys J850 Digital Anatomy プリンタは、ボクセル レベルで複数のマテリアルを混合して、解剖学的モデルの区別されたソフト領域とハード領域を作成できますが、これには事前定義されたマテリアル セットとソフトウェア プリセットが使用されます。
などの既存の 3D 解剖学的モデル 解剖学倉庫 そして エラールームの 3D プリントは、詳細なレプリカの教育的価値を示していますが、CRAFT が可能にする完全に連続的な機械的および光学的変化をまだ実現できません。
その約束にもかかわらず、CRAFT はいくつかの課題に直面しています。現在、シクロオクテンベースの樹脂に依存しているため、材料の多用途性と生体適合性が制限されています。層全体の均一性を確保することは依然として技術的に困難であり、印刷された部品は完全にリサイクル可能ではなく、機械的および光学的特性が実際の組織を再現していることを確認するための検証が必要であり、これは規制や臨床での採用に影響を与える可能性があります。
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注目の画像ショー 研究者らは、皮膚、靱帯、腱、骨の硬さや柔軟性を模倣する明確な領域を備えた単一の原料から人間の手のモデルを作成しました。画像はテキサス大学オースティン校経由。
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