3Dプリントされた中空格子に強磁性流体を注入し、磁場を加えると硬化する

3Dプリントされた中空格子に強磁性流体を注入し、磁場を加えると硬化する




2018年12月11日、アンタークティックベアは海外メディアから、ローレンス・リバモア国立研究所(LLNL)の研究者らが、磁場にさらされると瞬時に硬化する強磁性流体で満たされた中空の3Dプリント格子構造からなる新しいメタマテリアルを発明したことを知りました。その潜在的な用途は、ソフトロボットや光学ケースからスマートアーマーまで多岐にわたります。


LLNL のエンジニアであるジュリー・ジャクソン・マンシーニ氏が率いる研究チームは、調整可能なメタマテリアル、具体的には磁場応答型機械メタマテリアル (FRMM) の作成に着手しました。彼らは、広い空間内でのマイクロスケールの特徴を 3D 印刷することに特化した大面積投影マイクロリソグラフィー (LAPμSL) プラットフォームを採用しました。このような技術的要件は、テストに必要な複雑な管状格子構造の薄壁を生成するために必要でした。 3D プリント後、格子管に磁性流体が充填されるため、壁は荷重圧力と磁性流体の追加重量に耐えられる強度を備えていなければなりませんが、同時に磁場が加えられたときに剛性の変化を検出して測定できるほど柔軟でなければなりません。


動的な機械的特性を持つメタマテリアルのほとんどは、変化するのに数分または数時間かかります。 FRMM の応答時間は 1 秒未満です。特定の磁場を適用すると、強磁性流体内の磁性分子が鎖状に配列し、格子構造が瞬時に強化されます。マンチーニ氏は、「この論文では、調整可能な特性を持つメタマテリアルという新しい概念に焦点を当てたかったのです。メタマテリアルは構造を通じて、自然界には存在しない機械的特性や、高度に工学的に設計できる特性を作り出すことができることがわかっていますが、構造を一度構築すると、それらの特性は固定されてしまいます。これらのメタマテリアルの次の進化は、外部刺激に基づいて機械的特性を調整できるものです。外部刺激は存在しますが、形状や色を変えることで反応し、反応を得るのに数分から数時間かかることがあります。当社の FRMM では、全体的な形状は変化せず、反応は非常に高速です。これが他の材料と一線を画す点です。」と述べています。







剛性に加えて、磁場を調整してさまざまな機械的特性を引き出すことができるとマンチーニ氏は説明する。「重要なのはスイッチの応答だけではありません。磁場の強度を調整することで、幅広い機械的特性を得ることができます。」高度なサスペンション システムや航空宇宙コンポーネントも、かさばるサーボを必要とせずに、非常に高速で正確な動きの恩恵を受けることができます。


チームは現在、2 つの材料を融合して、手作業による磁性流体の注入手順を不要にする作業に取り組んでいます。 研究チームのメンバーの一人であるケン・ロー教授は、この技術の将来的な発展により、「脅威を感知すると瞬時に硬化する戦闘機用の柔軟な装甲など、新たな技術につながる可能性がある」とコメントした。


出典: 3ders




航空、宇宙

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