世界トップの学術誌「ネイチャー」:チューリッヒ研究所はFDM 3Dプリンターとポリマーを使用して、強くて軽量な構造物を印刷します

世界トップの学術誌「ネイチャー」:チューリッヒ研究所はFDM 3Dプリンターとポリマーを使用して、強くて軽量な構造物を印刷します
2018年9月19日、Antarctic Bearは海外メディアから、チューリッヒにあるスイス連邦工科大学の研究者らが、安価なデスクトップFDMプリンターとポリマーを使用して3Dプリントの軽量構造方式を開発したことを知りました。 彼らは初めて、他のすべての印刷可能なポリマーを凌駕し、繊維強化複合材料とさえ競合できる機械的特性を持つ単一のリサイクル可能な材料を使用して物体を印刷することができました。





繊維強化ポリマー構造は、航空機、車両、生体医療用インプラントなど、強度が高く軽量な材料が必要な場合によく使用されます。このような軽量素材は、剛性と強度が非常に高いにもかかわらず、エネルギーと労働を大量に消費する製造プロセスを必要とします。さらに、その結​​果は脆く、損傷しやすく、成形やリサイクルが困難になります。

研究者たちは、自然界に存在する2つの素材、クモの糸と木材からインスピレーションを得た。クモの糸は、繊維方向に沿ったシルクタンパク質の高分子配列によって、比類のない機械的特性を獲得しています。研究者たちは、液晶ポリマー(LCP)をFDM原料として使用することで、この構造を再現することができました。この設計原理は、成長して環境に適応するにつれて、応力線に応じて繊維を整列させる能力を持つ木材などの素材からヒントを得ています。


結果として得られた 3D プリント LCP 構造は、階層構造、複雑な形状、そして前例のない剛性と靭性を示しました。 実際、最先端の3Dプリントポリマーよりも強度が高いと研究者らは言う。 「3Dプリンティングのトップダウンの成形の自由度と、ポリマー配向に対するボトムアップの分子制御を組み合わせることで、現在の一般的な製造プロセスの制限なしに、構造を自由に設計して実現する可能性が開かれます。」



この技術は、高性能な軽量材料を必要とするいくつかの構造、生物医学、エネルギー採取の用途に革命をもたらすものと期待されています。 この研究は、容易に入手可能なポリマーと市販のデスクトップ プリンターを使用して行われたため、研究者は、より広範な積層造形およびオープン ソース コミュニティがこの新しい材料を採用し、LCP から強力でありながら複雑で軽量な物体をデジタルで設計および製造することを期待しています。

論文リンク: https://www.nature.com/articles/s41586-018-0474-7

出典: 3ders

FDM、医学、生物学、南極クマ、インプラント

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