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。

希望为光学和电子组件行业和医疗设备开发具有廉价且复杂形状的3D结构玻璃（3D硅胶）。但是，由于制造过程的复杂性和大量的热能消耗，与树脂和金属相比，3D硅胶玻璃的研究和开发的进步已延迟。这项研究建议使用尚未从基本角度阐明的光学成型方法进行3D玻璃制造工艺，并阐明制造过程的材料设计指南。具体而言，为了实验地掌握可光化单体溶液中二氧化硅颗粒的分散和聚集状态特性，这是起始材料，使用溶解性参数（SP值），将考虑单体对硅胶分散浆粘液的影响。此外，目的是阐明LED灯在浆料和光电速率上的辐照能之间的相关性，并阐明硅胶玻璃的照片形成过程。通常，使用粘合剂（例如玻璃和陶瓷）的功能复合产物以泥浆状态处理，在泥浆状态下，将原粉末分散在分散培养基中，随后的步骤涉及脱水和干燥以形成最终产物。也就是说，重要的是要充分理解和控制浆料特性，即浆料特性。在去年，在去年选择和设计多功能和多功能丙烯酸单体溶剂时，使用Fedors方法确定了具有10个不同分子结构的溶解度参数（SP值），并将粘度作为硅胶颗粒与单位物之间的相互作用的指示测量。结果，由于单体与二氧化硅颗粒的SP值的差异很小，因此粘度值往往会减少，并且分散剂会改善。此外，越来越清楚的是，分散浆料的光照射能量与固化速率之间的关系对单体的分子结构具有显着影响。

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