材料科学：ヒドロゲルの含浸処理によるマイクロアーキテクテッド金属の付加製造

金属の付加製造（AM）によって、航空宇宙分野から生物医学分野までさまざまな応用がある高価値で高性能の部品の製造が可能になる。一層ごとの造形によって、従来の金属加工技術の幾何学的制約を乗り越えられるため、トポロジーが最適化された部品の高速かつ効率的な製造が可能になる。既存のAM技術は、熱的に開始される溶融や焼結に頼って部品を整形しており、このプロセスは、コストがかかるとともに材料に制約がある。今回我々は、液槽光重合（VP）によってマイクロスケールの解像度で金属や合金を製造するAM技術について報告する。三次元アーキテクテッド・ヒドロゲルに金属前駆体を含浸させた後、焼成し還元すると、ヒドロゲル骨格が小型の金属レプリカに変換される。この手法は、構造体作製後にのみ材料が選定されるため、VPにおけるパラダイムシフトとなる。印刷時に目的の材料や前駆体を感光樹脂に導入する既存のVP戦略とは異なり、今回の方法は、さまざまな材料向けに樹脂や硬化パラメーターを再度最適化する必要がなく、迅速な繰り返し処理や組成調整が可能になり、複数の材料を作製できる。我々は、従来のプロセスを用いたのでは作製が困難な、約40 μmという限界寸法の金属のAMを実証している。そうしたヒドロゲル由来金属は、高度に双晶化した微細構造や異常に高い硬度を有し、先端的な金属マイクロ材料を開発する手段をもたらす。

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