ETH チューリッヒが史上最強のグリッド構造を 3D プリント

ETH チューリッヒと MIT の研究者の共同研究により、物理法則で許容される剛性対重量比の理論上の最大値に大幅に近い剛性を持つ材料が 3D プリントされました。特定の材料の最も硬い形式は完全に固体の形式ですが、これはその材料の最も重い形式でもあり、通常、意図した用途には重すぎる（そして無駄が多い）形式です。飛行機を例に挙げましょう。飛行機のフレームは、わずかな気流でも押しつぶされないように頑丈でなければなりませんが、フレームが頑丈な鋼鉄で作られていたら、飛行機は重すぎて飛べなくなってしまいます。

代わりに、エンジニアは幾何学を使用して、最小限の材料から最大限の剛性を引き出します。アーチ、トラス、梁はすべて、材料を可能な限り最も硬い幾何学的形状に配置する構築方法であり、材料の使用量と体積を最小限に抑えながら、特定のタスクを達成するのに十分な剛性を維持します。

しかし、ETH チューリッヒの材料計算モデリング教授であるディルク・モーア氏は、より強力な形状が利用可能であることを知っていました。同氏は次のように説明しています。「トラスの原理は非常に古く、木骨造りの家、鉄橋、エッフェル塔などの鉄塔で長い間使用されてきました。トラス格子は透けて見えるため、理想的な軽量構造であると考えられています。しかし、コンピューター計算、理論、実験測定を使用して、同じ重量と体積のトラス構造よりも 3 倍の強度を持つ新しいプレート格子構造ファミリーを確立しました。」

プレートグリッドは、剛性（弾性変形に対する抵抗の尺度）だけでなく、強度（不可逆変形に対する抵抗の尺度）でも記録を更新します。ほとんどの建設方法とは異なり、剛性と強度は 3 つの次元すべてで同等です。しかし、主に下向きの力、つまり重力に抵抗するように設計されたエッフェル塔については同じことは言えません。タワーを倒すのに横方向の力はほとんど必要ありませんが、幸いなことにキングコングは存在しないので、この理論は検証できません。

これらの格子構造は、機械的特性をリアルタイムで計算するコンピュータモデルを使用して設計されました。その後、テストのためにミクロンスケールで 3D プリントされました。モーア氏は、強度の向上はあらゆる材料とあらゆる規模に適用されると指摘した。「軽量構造はコストがかかるため、現時点では航空機製造や宇宙用途にしか実用化されていないが、重量が重要な役割を果たす幅広い用途にも利用できる可能性がある」と同氏は述べた。

これらの 3D プリントされた格子構造により、高層ビルから医療用インプラント、自動車部品まで、あらゆるものをより軽量かつ強固にすることができます。「適切な時期が来れば、軽量素材が大量生産できるようになれば、こうした周期格子が設計の選択肢となるだろう」とモーア氏は語った。

出典: 3Dプリンティングインテリジェンスネットワーク

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