永久形状記憶機能を備えた生体模倣繊維制御複合材料の3Dプリント

永久形状記憶機能を備えた生体模倣繊維制御複合材料の3Dプリント
寄稿者: 鄭子奇、田小勇

形状記憶ポリマー (SMP) は、軽量、高い形状変形性、高い形状回復性などの利点により、急成長を遂げているアクティブマテリアルとなっています。適切な刺激(熱、光など)にさらされると、事前に定義された方法で形状を変えることができます。 SMP は形状記憶合金に比べていくつかの点で優れていますが、強度が低い、形状回復応力が低いなどの明らかな欠点が依然としてあります。吉林大学の任禄全院士と彼のチームは、形状記憶複合材の製造方法を提案しました。バイオニックファイバー構造とさまざまな3Dプリントプロセスを通じて、製造された複合材は調整可能な形状記憶特性とプログラム可能な永久形状を備えています。

この方法では、磁性部品とステレオリソグラフィー 3D 印刷技術を使用して、材料形成中に材料の不均一性を空間的に定義します。さらに、松ぼっくりにヒントを得て、平面繊維の曲がりは局所的な繊維の向きを変えることで調整できます。松ぼっくりの鱗片は水分を含んだ状態では閉じ、脱水状態では再び開きます。脱水は局所的な二重層セルロースミクロフィブリルの配向に関係しています。さらに、異なる繊維方向を配置することで、同じ層厚と繊維含有量を持つ部品が異なる形状記憶特性を示すようになります。合成中に不一致な内部応力と空間的に定義された材料の不均一性のこのユニークな組み合わせにより、SMP の形状変化の自由度が拡大します。


図 1. 3D 印刷プロセス (a) 磁気アセンブリと改良されたステレオリソグラフィー 3D プリンターの概略図 (b) 3D 印刷プロセスの図 松ぼっくりの局所的に整列した二重層セルロース ミクロフィブリルにヒントを得て、上部と下部の領域は直交して整列したセルロース ミクロフィブリルで構成されています (図 2a)。繊維の配列方向を変えることで、ワークの形状偏差の度合いも調整できます。

図 2. (a) 松ぼっくりの繊維配列 (b) 繊維配列方向が 0 度の部品 (c) 繊維配列方向が 90 度の部品 図 3. 繊維配置角度が異なる部品の形状回復プロセス 形状記憶能力をさらに調査するために、研究チームは SMP の形状回復率も調査しました。形状回復プロセスを図 3 に示します。回復の初期段階では、繊維配置角度が小さい部品は、より大きな内部応力が繊維によってブロックされるため、回復が遅くなります。結果は、より小さな角度で切断された繊維は形状回復が低く、より小さな角度で蓄積された弾性ひずみエネルギーが解放されると、ポリマーのより均一で、最終的にはより完全な展開につながることを示しています。

この研究では、3D プリントによって製造された生体模倣ファイバー調整可能構造を通じて、SMP の変形挙動を強化しました。繊維の配置により、複合材料は形状回復率や形状回復速度などの調整可能な形状記憶特性を持ちます。この方法は、カーボンナノチューブや炭素繊維などのさまざまな繊維とも互換性があり、繊維を介した形状変化や形状記憶特性をさらに探求できることが期待されます。

参考文献:
Luquan Ren、Bingqian Li、他「3D磁気印刷による調整可能な永久形状と形状記憶特性を備えたバイオインスパイアされた繊維制御複合材料」Composites Part B、164(2019) 458-466。

光硬化

<<:  3Dプリンティングにより、優れた剛性と弾力性を備えた生体模倣階層型グラフェン材料が作成

>>:  科学: このように 3D プリントされた液体磁石で遊ぶことはできますか?

推薦する

西安サイロンは、ミクロンレベルの非金属、金属球状化、ナノレベルの粉末生産を実現する商用マイクロ波プラズマ粉末製造機を発売しました。

マイクロ波プラズマ技術が商業化され始めました。南極熊は、2025年2月28日に西安サイロンが新製品発...

3Dプリント技術が製造サプライチェーンを変革

導入3D プリント技術の出現と急速な発展により、製造業界の状況は徐々に変化しています。世界経済の発展...

EnvisionTEC、靴業界向けに新しい3Dプリント素材E-Shore Aを発売

3DプリンターメーカーのEnvisionTECが、靴業界向けに新しい3Dプリント素材「E-Shor...

有名な金属3DプリンターメーカーのArcamがCEOオフィスを米国に移転

米国では、特に航空宇宙および医療分野で金属 3D プリントの需要が高まっています。これを認識し、世界...

低コストで高効率なインベストメント鋳造プロセスであるBJバインダージェッティング技術に基づく3D鋳造

出典: サンディテクノロジーロストワックス鋳造技術としても知られるインベストメント鋳造は、現代の工業...

GE 3Dプリント熱交換器、900°Cでテスト

出典:中関村オンライン米国の複合企業GEの研究開発部門であるGEリサーチは、新しい3Dプリント熱交換...

D&S Creationsは3Dプリントを使用して対戦車兵器を開発しています

出典: cnBetaいくつかのグループは爆発物を搭載できる3Dプリント兵器を設計しており、この新しい...

ティッセンクルップ、ASEANの付加製造市場をターゲットに

出典: ワールドメタル速報最近、ティッセンクルップはASEAN諸国における付加製造の可能性に関する調...

金属3Dプリント部品は数十メートルの体積に達する可能性があり、新しいTD-SLMテクノロジーが登場

「たとえ海外に飛行機の翼を直接3Dプリントできる大型金属3Dプリンターがあったとしても、中国では間...

UnionTech の 3D 印刷ソリューションがブラジルの靴メーカー Dakota の生産問題の解決に貢献

2022年11月、UnionTechはブラジルの(履物)企業Dakotaと協力協定を締結し、同社が...

韓国の研究者が磁気3Dプリント技術を使って高性能モーターを開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-12-4 11:41 に最後に編集されまし...

3Dプリント業界に変化をもたらす18人の女性

国際女性デーが過ぎたばかりです。女性への尊敬と配慮を表すこのお祭りは、経済、政治、社会の分野における...

ガスタービン分野に適用された粉末床金属溶融3Dプリント技術の生産事例一覧

3Dプリント技術を使用して最適化された主要部品を製造することで、機器の全体的なパフォーマンスが向上...

フランスのアウトドアスポーツウェアブランド、サロモンは3Dプリント技術を使用して、新世代の高性能スキーブーツを開発しました。

南極のクマの紹介:競争が激しい産業界では、イノベーションが成功の鍵となります。企業が新たな課題に直面...