3D回路の活用は電子機器の小型化を進める上で鍵となるものの、深刻な欠点を抱えてきました。支持材や外部からの圧力が必要となるため、小規模メーカーの技術革新には限界がありますが、ある研究チームが解決策を見つけられるかもしれません。エンジニアたちは、支持材や外部からの圧力を必要とせず、自立型で自己修復性のある金属構造を構築する方法を開発したのです。
ベンジャミン・ティー准教授率いるシンガポール国立大学（NUS）の研究チームは最近、その研究成果を発表しました。CHARM3Dと呼ばれるこの技術は、ウェアラブルセンサー、無線通信システム、電磁メタマテリアルなど、幅広い小型電子機器を3D金属プリント技術で製造できることを実証しました。
NUSの研究者らが先進電子機器向け3D回路を製造する新技術を開発 - YouTube
チームがこの技術の用途として挙げているものの一つは、医療分野です。ティー氏と彼のチームは、CHARM3Dによって完全に非接触型のバイタルサインモニタリングデバイスの開発が可能になると説明しています。患者はセンサーの近くに立つだけで、皮膚に触れることなく呼吸やその他のバイタルサインを検知できます。
この手法では、既に3D回路の製造に用いられているダイレクトインクライティング（DIW）を採用しています。DIWでは導電性の低い材料が使用されることが常に課題となっていました。そのため、全ての材料をまとめるためのサポート材が必要となり、実現できる範囲が制限されていました。
CHARM3Dは、フィールドメタルを技術に組み込むことでこの状況を改善しました。フィールドメタルはインジウム、ビスマス、スズの共晶合金で、金属としては比較的低い融点を持っています。実際、その融点は趣味の3Dプリントで一般的に使用される材料の融点である62℃（143.6°F）よりも低くなっています。また、DIWで通常使用されるほとんどの複合インクとは異なり、急速に固まります。
これらの特性の組み合わせにより、フィールド金属はインクで直接3次元回路を描画するのに最適な素材となっています。CHARM3Dは、フィールド金属を用いて、垂直文字、立方体のフレームワーク、スケーラブルならせん構造など、非常に複雑な自立型3D構造を製造しています。
「CHARM3Dは、高度な電子回路製造のソリューションとして、3D金属印刷へのより高速でシンプルなアプローチを提供することで、複雑な3D電子回路の工業規模生産と広範な導入に大きな可能性を秘めています」とティー氏は述べた。
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ティー氏のチームは、この製品の自己修復特性にも力を入れています。融点が低いため、ヒートガンを当てるだけで、壊れた回路を数秒で修復できます。
エンジニアたちは既にCHARM3Dを用いて、バッテリー不要のウェアラブル温度センサー用の3D回路、ワイヤレスバイタルサインモニタリング用アンテナ、電磁波制御用メタマテリアルなどを作製しています。研究チームは、この技術によって、マイクロ波乳がん画像診断による腫瘍の早期発見など、より正確な医療画像診断が可能になると考えています。また、隠しデバイスや密輸品のスクリーニングといった高度なセキュリティ用途にも有望であると研究者らは指摘しています。
ティー氏と彼のチームは、CHARM3D の背後にある技術の可能性を探り始めたばかりであり、その成果を商業化する機会を探していると考えています。
ジェフ・バッツは10年以上にわたりテクノロジーニュースを取材しており、彼のIT経験はインターネット誕生以前から培われてきました。そう、彼は9600ボーが「高速」と呼ばれていた時代を今でも覚えています。特にDIYやメーカー関連の話題、そして最先端のテクノロジーに関する記事を好んで取り上げています。
