Development and application of multi-material 3D microprinting based on droplet manipulation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02039
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: Maruo Shoji 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (00314047)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アディティブ・マニュファクチャリング / ３Dプリンティング / 光硬化性樹脂 / マイクロ光学素子

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a multi-material two-photon lithography without material waste and contamination. In this method, multiple droplets of material placed on a glass substrate are remotely manipulated to fabricate a heterogeneous 3D microstructure. In our experiments, we optimized the experimental conditions of droplet manipulation. In addition, an autofocus method that detects a voxel polymerized by focusing a femtosecond laser was devised to achieve high-precision positioning of the glass substrate when replacing droplets. Then, microlenses and metamaterials were fabricated using multiple types of photocurable resins.

Free Research Field

アディティブ・マニュファクチャリング

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、次世代のものづくりのキーテクノロジーの1つである超高精細3Ｄプリンティング技術において、複数種類の材料を用いて、複雑な3Ｄ微小構造体を一体造形するマルチマテリアル3Ｄ造形法を実現している。マルチマテリアル3Ｄ造形法を用いることで、樹脂のみならず樹脂と金属の複合体も形成できることから、高性能マイクロレンズ、マイクロマシン、メタマテリアル、医療用足場など多様な応用デバイスを創製できるため、高付加価値製品の創出に大きく貢献することが期待できる。また、本手法で考案した液滴材料の遠隔駆動技術は、3Ｄ造形のみならず、化学合成・分析や表面修飾など幅広い分野への応用展開も期待できる。