ウィーン工科大学は、象牙を模倣して古代の建物の修復を完了することができる新しい樹脂材料をステレオリソグラフィーと3Dプリントで開発しています

何世紀にもわたって、象牙は芸術作品を作るためにしばしば使用されてきました。 しかし、象の個体数を保護するために、象牙の取引は1989年に国際的に禁止されました。 したがって、古いアートワークの象牙の部分を復元するには、代替の材料を使用する必要があります。 しかし、これまでのところ、真に満足のいく解決策はありませんでした。 ウィーン工科大学と3Dプリント会社CubicureGmbH（ウィーン工科大学のスピンオフ会社）は、合成樹脂とリン酸カルシウム粒子で構成される新素材「Digory」を開発しました。これにより、ステレオリソグラフィーと3D印刷技術の代替。

アイボリーは象やマンモスの牙の象牙質です。イボイノシシ、セイウチ、カバなど、犬歯が異なるさまざまな種の象牙質と呼ばれることもあります。アイボリー象牙質は通常、I型コラーゲン繊維のマトリックスに埋め込まれたMgに富むヒドロキシアパタイト結晶で構成されています。耐久性と美的外観（色、半透明性、表面光沢など）で知られています。もう1つの重要な機能は、いわゆるシュレガーラインです。それらは相互接続されたひし形の領域から出現し、色がわずかに暗く見え、象牙の軸を中心に時計回りと反時計回りに回転します。このユニークなパターンは、象牙の断面で最もユニークです。

1989年に絶滅のおそれのある種の国際取引に関する条約（CITES）によって公布された象牙取引の禁止により、象牙の資源は限られたものになりました。倫理的に言えば、象牙の使用は不合理です。現在、永久凍土層の貯水池で見つかったマンモスの象牙はまだ購入可能ですが、CITESに含めるかどうかについてはまだ活発な議論があります。もともと象牙から彫られた文化的および宗教的遺物を修復または保存するために、現在では代替材料が一般的に使用されています。象牙は、骨、貝殻などの天然素材、またはタガヤシの木の実やジャリーナの種子などのいわゆる植物象牙に置き換えられることがあります。あるいは、無機粒子、カゼイン、または象牙のおがくずを含むポリマー複合材料で作られた様々な人工象牙代替物を使用することもできる。これらの代替品のほとんどはバルクであり、目的の形状を切り出すのに多くの時間と労力がかかる場合があります。特に繊細な構造は様々な資源を消費します。したがって、積層造形（AM）技術で処理できる代替材料の開発は、リソースに優しい代替材料を提供できます。また、AMを使用することで、元のアーティストのスタイルを取り戻すことができるため、アートワークの特徴や外観をそのまま完全に保持することができます。

AM技術は、さまざまな用途に実用的なツールを提供し、保存の目的で、文化的遺物の復元と複製への関心が高まっています。象牙で作られたオブジェクトを修復するには、高い印刷解像度が必要です。これは、光のエネルギーを使用して主にエポキシまたは（メタ）アクリレート樹脂を重合するステレオリソグラフィーによって行うことができます。光開始剤と反応するジメタクリレート樹脂が、3D印刷可能な材料のベースとして選択されています。リン酸三カルシウム（TCP）粒子を追加して、半透明の材料を取得します。 TCPは化学的にヒドロキシアパタイトに近く、TCPが以前のプロジェクトで有望な3D印刷結果を示しているために使用されます。実験を通じて、研究者たちは適切な混合物を見つけることに成功しました。平均直径約7 mの小さなリン酸カルシウム粒子が、非常に細かいシリカ粉末と一緒に特殊な樹脂に埋め込まれました。次に、混合物は、熱リソグラフィープロセスを使用してCubicureの3Dプリンターで高温で処理されます。オブジェクト全体が完成するまで、材料はUVレーザーで層ごとに硬化されます。最後に、適切な量のリン酸カルシウムを使用した場合にのみ、材料は象牙と同じ半透明の特性を持ちます。アイボリーカラーを提供するには、白いペーストにカラー顔料を混ぜる必要があります。



安定して美しい

ウィーン工科大学の材料科学技術学部のユルゲン・スタンプフル教授は、研究プロジェクトは、マウアーバッハ教区教会の17世紀の国立棺（オーストリアのフレデリック3世の神社）の解体から始まったと述べました。図4。象牙の装身具で飾られており、そのうちのいくつかは時間の経過とともに失われています。問題は、それらを3D印刷技術に置き換えることができるかどうかです。



研究者たちは、象牙で作られた円筒形のヘッドを-CTでスキャンして、3Dモデルを作成し、それを印刷しました。棺桶の24本の柱（首都を含む）のうち18本が失われ、交換する必要があります。図5に示す3D印刷要素は、マットな表面を示しています。 3つの異なる研磨方法が適用され、それらは異なる程度の表面光沢を生み出します。表面にコーティングされた金メッキ瑪瑙は、磨かれた柔らかな光沢を提供します。高品質の4000小麦粉紙を使用して表面を滑らかにし、次に微結晶ワックスを使用して研磨すると、より高い光沢が得られます。 Dremelフェルトホイールの白いセラミックグレードのポリッシュは、非常に光沢のある表面を生成します。次に、図5に示すように、これらの方法の組み合わせを適切な表面光沢に適用して、元のアイボリーカラーに一致させます。開発された代替製品は、ポリマーマトリックスとセラミック粒子で構成されていますが、これらは必ずしも結合されているとは限りません。したがって、表面をすばやく研磨すると、粒子が基板から引き裂かれ、へこみが残ることがあります。これは肉眼では見えませんが、表面粗さが予想よりわずかに高くなる可能性があります。この欠陥を回避するために、適度な研磨速度が必要です。


修復の分野では、これは大きな前進です。新しい素材「Digory」の助けを借りて、以前よりも象牙をより良く、より美しく、より簡単に置き換えることができるだけでなく、3Dテクノロジーによって次のことが可能になります。最も詳細な情報をコピーして自動的に提供します。今では、象牙の代替材料を使って時間と手間をかけて彫刻することなく、オブジェクトをわずか数時間で印刷できるようになりました。

「特別に開発された3D印刷システムを使用すると、まったく異なるアプリケーション分野でさまざまな材料配合を処理できますが、このプロジェクトも新しいものです」とCubicureのKonstanzeSeidler氏は述べています。 「いずれにせよ、これはステレオリソグラフィーの可能なアプリケーションがいかに多様であるかをさらに証明します。」

研究チームは、象牙の美的および機械的に高品質の代替品として、象が象牙を失う必要がないため、新しい素材「ディゴリー」が将来広く受け入れられることを望んでいます。