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

Hongrui の超大型産業用 3D プリンター Z1000 が TCT Asia でデビュー

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-3-9 17:04 に最後に編集さ...

3Dプリンティング産業革新・開発サミットフォーラムとヒマラヤ新製品発表会が杭州で開催

南極熊紹介:3Dプリントとインテリジェント製造は、製造業の発展における避けられないトレンドです。今後...

オートデスク35周年記念式典で3Dプリントが輝く

2017 年は、オートデスクとその有名な設計・描画ソフトウェア AutoCAD の誕生 35 周年...

ジャガー・ランドローバーの3Dプリンティングの専門家が、積層造形が40万台の車両の生産効率をどのように向上できるかを明らかに

2024年10月8日、アンタークティックベアは、最近開催された英国積層造形協会(AMUK)会員フォ...

イタリアの研究者らが材料性能を向上させる新しい3Dプリントポリマー複合材料を開発

2022年6月、アンタークティックベアは、イタリアのトレント大学の研究者が、溶媒を使用しないプロセ...

3Dプリントは認知症の人々に3Dプリントされた娯楽製品を提供する

2019年8月5日、Antarctic Bearは海外メディアから、アーカンソー大学フォートスミス...

父の愛は山ほどある。Snapmaker 父の日特別企画:さりげなく「お父さん自慢」ガイド

出典: Snapmaker父の愛は山のようで、控えめながらも愛情深く、小さな「私」を一つ一つ守ってく...

SWISSTO12、ノースロップ・グラマンに新しい3Dプリント衛星アンテナチェーンを納入

2024年5月21日、アンタークティックベアは、スイスの先進的な衛星製品および無線周波数(RF)シ...

Stratasys DirectとXometryが提携し、高性能3Dプリントナイロン製品の販売促進に着手

この投稿は Spectacled Bear によって 2021-3-7 10:45 に最後に編集され...

3DプリントにおけるESD樹脂の利点を探る

出典: MF Precision 2023年12月20日、Antarctic Bearは、MFPがM...

熱処理が3Dプリントの性能に与える影響

3D プリンティングはここ数年で急速に成長し、さまざまな企業がメーカーが提供する特定の設計に基づい...

AVICマットチタン合金粉末が新たなクラスIII医療機器登録証を取得

南極熊は、2023年3月15日、AVIC Mateが独自に開発した歯科用レーザー選択溶融チタン合金粉...

「3D プリンティング研究ガイド」ホワイト ペーパー: 材料、テクノロジー、3D プリンターの選択方法

アプリケーションベースの付加的技術ソリューションの世界的リーダーとして、ストラタシスは 3D 印刷技...