熱延伸3Dプリンティングした生体用高分子材料の結晶構造の解明と骨類似機能制御

• Project/Area Number: 22K04745
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: Yuge National College of Maritime Technology
• Principal Investigator: 福田 英次 弓削商船高等専門学校, 電子機械工学科, 准教授 (30536553)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: ポリエーテルエーテルケトン / 3Dプリンタ / ３Dプリンタ / 生体材料

Outline of Research at the Start

ポリエーテルエーテルケトンは高分子材料のひとつで、生体適合性や生体機能性に優れていることから、医療デバイスとして使用されている。高分子材料を溶融状態にした後、素早く、薄く引き伸ばしながら積層することで立体造形体を得る熱延伸3Dプリンティングという手法を確立することで、ポリエーテルエーテルケトンの高強度化を目指す。本研究では、熱延伸3Dプリンティングで得られる造形体の結晶構造（結晶化度や配向性など）が機械的性質（強度や力学的異方性など）に及ぼす影響とそのメカニズムを明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

ポリエーテルエーテルケトンは高分子材料のひとつで、生体適合性や生体機能性に優れていることから、医療デバイスとして使用されている。本研究では、高分子材料を溶融状態にした後、素早く、薄く引き伸ばしながら積層することで立体造形体を得る熱延伸3Dプリンティングという手法を確立することで、ポリエーテルエーテルケトンの高強度化および骨類似機能化を目指すとともに、熱延伸3Dプリンティングで得られる造形体の結晶構造（結晶化度や配向性など）が機械的性質（強度や力学的異方性など）に及ぼす影響とそのメカニズムを明らかにすることを目指している。令和４年度は、主として結晶構造や機械的性質の分析に資する種々の造形条件（ノズル温度、テーブル温度、積層ピッチ、ノズルの走査速度、ノズルの走査パターン）で熱延伸３Dプリンティングした造形体およびその後アニーリング処理した造形体を作製した。新たなスライスソフトを導入したため、これまでとは異なるノズルの走査パターンでの造形が可能となった。得られた造形体について、実体顕微鏡を用いて積層間の接合状況および走査間の接合状況を観察した。また、造形環境を考慮して、フィラメント乾燥供給システムの設置および造形装置内の保温性を高めるため、アルミフレームとアクリル板を用いて３Dプリンタ全体を覆うなどの工夫を施した。フィラメントの乾燥および装置内保温性を高めることで造形の繰り返し精度および安定性が向上した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和４年度は、予定通り結晶構造や機械的性質の分析に資する種々の造形条件で熱延伸３Dプリンティングした造形体およびその後アニーリング処理した造形体を作製した。令和４年度中に、前倒しして予備分析を実施したかったができなかった。

Strategy for Future Research Activity

種々の造形条件で熱延伸３Dプリンティングした造形体およびその後アニーリング処理した造形体について、公設技術センターなどにある分析装置（示差走査熱量測定、広角X線回折、小角X線散乱分析、フーリエ変換赤外線分光分析など）を活用して，その結晶構造を多角的に分析する。