東北大ら,高分子レーザー加工を3次元で動的に可視化

東北大学の研究グループは,科学技術振興機構(JST)の戦略的創造研究推進事業ERATOの一環として,高分子レーザー加工の様子を3次元的かつ動的に可視化する技術を開発した(ニュースリリース)。

物体内部の構造を立体的に可視化できるX線断層撮影(X線CT)は,医用画像診断機器や工業用の精密検査,あるいは,学術用途のイメージング機器として広く利用されている。目では見えない物質内部を立体的に可視化することができる。

その際に付くコントラストは,物質がX線を吸収する度合いの大小によって与えられる。ただし,X線吸収は重い元素が高密度に含まれているほど大きくなるため,軽元素からなる高分子材料や生体の軟部組織に対して十分なコントラストが得られない場合が多くある。この弱点を克服することを目的に,X線位相コントラスト技術をX線CTに導入したX線位相CTの開発が行なわれている。

今回,研究グループは,動的X線位相CTを高分子材料のレーザー加工モデルに適用し,動的変化(融解,発泡,亀裂生成,灰化など)を3次元的に可視化することに成功した。

具体的には,X線位相コントラストをX線透過格子を用いるTalbot(タルボ)干渉計と呼ばれる方式で生成した。X線は物質中を直線的に通り抜けると通常は考えられている。しかし,厳密にはプリズムで光が屈折するように1万分の1度程度角度が変わる。しかし,Talbot干渉計はこれを検出することができ,そこから位相コントラストが生成される。

Talbot干渉計は強力な白色シンクロトロン光に対しても機能するため,X線位相CTが1秒以下で撮影でき,これが白色シンクロトロン光を用いたX線位相CTである4D位相CTを可能とする。ただし,SPring-8の白色シンクロトロン光を照射すると,測定したい高分子材料にダメージを与えるという問題があった。

そこで,X線位相CTに適したスペクトルフィルターを白色シンクロトロン光に施し,この懸念を払拭した。スペクトルフィルターとは,専用に設計された多層膜X線ミラーを用いるもので,Talbot干渉計による位相コントラスト生成に寄与するスペクトル成分のみを取り出す。

ポリプロピレンの測定では試料は予め円盤状に成型し,その中心に赤外レーザー(波長1064nm,出力50W)を35μmに集光・照射した。その結果,細く絞ったレーザービームよりも広い範囲で高分子材料が変化を受ける様子が,4D位相CTによって初めて可視化できた。

研究グループは,今回の研究がレーザー加工に関するこれまでにない知見を獲得するツールとして大いに期待できるとしている。

キーワード:

関連記事

  • OKIと独Fraunhofer HHI、光集積型レーザー振動計の試作・動作確認に成功

    写真 登壇している加藤CTO OKIは、ドイツのFraunhofer Heinrich-Hertz-Institut(Fraunhofer HHI)との共同研究により、ハイブリッド光集積技術を用いたレーザー振動計モジュー…

    2026.10.16
  • トルンプの2025/26年度年次報告書「semicon」の表紙

    トルンプ、2025年度のEUV事業は9.2%増 レーザー事業は減収

    ドイツのレーザー加工機大手TRUMPF(トルンプ)は、2026年6月30日に終了した2025/26年度の業績を発表した。グループ全体の売上高は前年度比0.2%増の43億4,000万ユーロとほぼ横ばいだったものの、受注高は…

    2026.10.16
  • 光探索協会、レーザー搭載ドローンと再帰性反射材で遭難者捜索へ

    NPO法人光探索協会(大阪市)は、再帰性反射材と可変QRコードを組み合わせた「再帰性反射可変QRコード」を利用し、レーザー搭載ドローンによって遭難者などを捜索するシステムの普及を進めている。同協会は、この技術を日印・官民…

    2026.10.16
  • レーザー光学系、正しく理解できていますか? 基礎から学ぶガウシアンビームと光学設計

    オプトロニクス社は、11月10日(火)~12日(木)にパシフィコ横浜で光技術展示会「Photonics Innovation 2026/パワーレーザーPlus 2026」を開催する。その併設セミナーとして、11月11日(…

    2026.10.13
  • 東大が挑むAI×先端レーザー加工 Photonics Innovation 2026 プレイベントを開催

    オプトロニクス社は、11月10日(火)~12日(木)にパシフィコ横浜で光技術展示会「Photonics Innovation 2026/パワーレーザーPlus 2026」を開催する。そのプレイベントとして、東京大学 物性…

    2026.10.09

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア