新たな3Dプリンティング技術で高エネルギー材料の挙動制御と安全性を向上(New 3D-printing and manufacturing techniques grant more control over energetic material behavior, improving safety)

2026-02-10 パデュー大学

米パデュー大学の研究チームは、エネルギー材料の挙動を精密に制御可能とする新しい3Dプリント/製造技術を開発した。従来のエネルギー材料(爆薬や推進剤など)は、微細構造や配列制御が困難であるため、燃焼特性や衝撃応答が予測しにくく、取り扱い安全性の課題を抱えていた。本研究では、材料組成とジオメトリを高精度に設計できる3D製造プロセスを用いることで、点火感度、燃焼速度、衝撃応答といった特性の微細制御が可能となった。また、異なる機能材料を単一構造に統合することで、破壊伝播や熱暴走を抑制する新しい安全設計パラダイムを示した。これらの成果は、軍事・宇宙・防災向けエネルギー材料の安全性向上に直結するだけでなく、高度な機能材料設計のための製造技術として広範な応用が期待される。

<関連情報>

異種材料3Dプリンティングにおける熱可塑性エラストマー界面の接着に対する材料と表面粗さの影響 Material and surface roughness effects on adhesion of thermoplastic-elastomeric interfaces for dissimilar material 3D printing

Mitchell Donoughue,Christina Lumpp,Joseph Pakulski & Monique McClain
npj Advanced Manufacturing  Published:01 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s44334-025-00023-2

新たな3Dプリンティング技術で高エネルギー材料の挙動制御と安全性を向上(New 3D-printing and manufacturing techniques grant more control over energetic material behavior, improving safety)

Abstract

Dissimilar material 3D printing (DMP) can combine polymers with dissimilar properties into functional parts. However, DMP requires an understanding of adhesion at the interface to ensure performance. To quantify the adhesion between polymers with dissimilar mechanical properties, a modified double cantilever beam (DCB) test was performed between 3D printed thermoplastic layers and a cast layer of hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB). The effect of surface roughness on the fracture toughness was determined with polyvinylidene fluoride (PVDF) samples using one machined and three printed surfaces. There were no significant differences in surface roughness or fracture toughness between the print surfaces, but the failure type changed. The 5 and 10 wt.% polycaprolactone (PCL)/PVDF blends and the stiffness matched polylactic acid (PLA) interfaces rarely failed in mode I, indicating improved adhesion. This work provides a framework to assess the factors driving the adhesion of thermoplastic-elastomeric interfaces produced via polymer DMP, which is underexplored in literature.

0107工場自動化及び産業機械
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