2016 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative 3D triion sensor
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16H04527
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
寺崎 正 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 研究グループ長 (00399510)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菊永 和也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 主任研究員 (10581283)
古賀 淑哲 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 主任研究員 (60356970)
坂田 義太朗 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 研究員 (70636406)
藤尾 侑輝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 製造技術研究部門, 研究員 (90635799)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | センサー・光機能材料 / トリリオンセンサ / 応力発光 / ３Dプリンタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案では、トリリオンセンサ時代（非連続的膨大多数のセンサ、年間45兆個、現在の100倍強/2023年）を担う3次元・集積センサの革新的作製技術を開発を目的としている。提案者は世界に先駆けて【力学情報の応力発光可視化】、【内部応力可視用の近赤外応力発光】、【ナノインクによる生分解印刷センサ】を達成した。一方これら要素技術（ナノ・マイクロ機能材料）を産業へと活かす『自由自在に、3次元空間に配置、集積する製造技術』は存在しない。そこで本提案では『ナノ・マイクロ機能材料の3D印刷』を基とした革新的トリリオンセンサ作製技術開発として、2課題を行っている。具体的に得られた実績は、それぞれ以下のとおりである。
【課題1】3D 印刷による3 次元配線技術の確立と、センサ・給電デバイスへの応用
3 次元印刷配線条件を明らかにするため、専用三次元造形機（３次元プリンタ）による微細空間・細線の造形を行うことに成功した（L/S=150um－2mm）
【課題2】CAE 設計高度化に向けた3D 印刷による内部応力可視化センシングの確立
(2-2) ②外表面、④内部への応力発光センサの位置選択導入条件を明らかにすることを目的として、下記を達成した。(1) 3次元造形（光硬化）用、応力発光インクの開発に成功した（濃度・種類の最適化）。(2)応力発光計測により、３次元器物（造形物）の強度・異方性と造形様式の関係を明らかにした（引張荷重）。またCAE高度化を考慮した造形法はインクジェット方式であることも明らかにした。(3)骨端プレート（医療器具）のリバースエンジニアリングデータによる３次元器物（造形物）を介した応力発光によるひずみ分布の可視化に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
【課題１】では、目的とする導電性細線のテンプレート作製には成功し順調である。一方で、専用機（特殊塗料により造形可能な３Dプリンタ）の故障により、導電性配線の三次元印刷への取り掛かりが遅れたが、修理により復旧し、作業を継続している。
【課題２】では、当初技術課題として挙げていた３次元造形応力発光インクの開発に成功している。更に、CAE高度化に使用する三次元造形器物自身の力学特性、更には実部品の応力シミュレーションとしての可視化をも達成していることから、予想以上の進捗である。応力発光は他に類を見ない産総研オリジナル技術であることから、寧ろ課題２に注力し、世界に対して圧倒的優位性を構築する予定としている。
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| Strategy for Future Research Activity |
【課題1】3D 印刷による3 次元配線技術の確立と、センサ・給電デバイスへの応用
(1-2) 3 次元印刷配線条件と導電性確保条件、を明らかにする。具体的には、③モデル剤と導電性インクによる3D 多色印刷による3D 配線を行った後、レーザー焼結、加熱焼結法を用いて、3 次元構造を損なうことなく導電性確保できる条件を明らかにすることで、【3D 印刷配線】を達成する。
【課題2】CAE 設計高度化に向けた3D 印刷による内部応力可視化センシングの確立
(2-2) ②外表面、④内部への応力発光センサの位置選択導入条件を明らかにする。検討すべき条件面は、前年度と同様であり、下記のとおりである。(1) 母材（ポリマー・接着剤）の種類 例）エポキシ2-3GPa、ABS2-6GPa、光硬化剤2-13GPa(2) 混入材の種類・サイズ(応力発光粒子・硬質マイクロビーズ等)(3) 粒子の表面修飾（粒子と光硬化樹脂間の力学伝達効率）(4) 含有比率（粒子濃度）、造形条件（印刷速度、温度、形状）(5) 造形物強度（引張、曲げ塑性変形範囲）、応力発光強度を評価
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