3Dプリントされた「スマート」な機械部品は、故障した機械をユーザーに警告できる

ユナイテッド・テクノロジーズ・リサーチ・センターとコネチカット大学の科学者たちは、高度な付加製造技術を使用して、ユーザーが身に着けているデバイスや電圧の測定値に異常がある場合に警告できる「スマート」な機械部品を開発した。

革新の鍵となるのは、直接書き込み技術の活用です。直接書き込み技術は、ノズルがプラットフォーム上を移動するときに、半固体の金属「インク」が小さなノズルから押し出される付加製造技術です。したがって、オブジェクトは、目的の形状をレイヤーごとに「書き込む」ことによって構築されます。直接書き込み技術は、コストが低く、製造の柔軟性が高いなど、従来の技術に比べて多くの利点があります。このプロセスにより、UTRC の科学者は、3D プリントされた部品の製造時にその中に埋め込むことができる導電性銀フィラメントの細い線を作成することができました。

製造工程では、それぞれが 3D プリントされた小さな抵抗器と結合された銀線の平行線がコンポーネントに埋め込まれ、電圧が加えられると回路を形成します。「配線が表面から部品の奥深くまで埋め込まれるにつれて、新しい配線と抵抗器の電圧値はどんどん高くなる」と研究者らは説明した。可動部品の摩擦によって損傷や摩耗が生じると、1本以上の配線が切断され、回路が破壊される可能性がある。損傷が大きいほど、切断されるラインも多くなります。エンジニアは、機械全体を分解することなく、リアルタイムの電圧測定を通じて潜在的な損傷を評価できます。

UConn-UTRC チームは、幅 15 ミクロン (平均的な人間の髪の毛の幅は 100 ミクロン)、間隔 50 ミクロンのセンサースレッドを埋め込むことができたため、非常にわずかな損傷も検出できます。

「これは製造業に対する考え方を変える」とユナイテッド・テクノロジーズのイノベーション・エンジンであるUTRCの研究・イノベーション担当副ディレクター、サメ・ダルドナ氏は語った。「今では、コンポーネントに機能を統合して、よりインテリジェントにすることができます。センサーはあらゆる種類の摩耗、さらには腐食も検出し、この情報をエンドユーザーに報告します。これにより、パフォーマンスが向上し、障害が回避され、コストが節約されます。」

「これほど正確なセンサーを作るのは簡単ではない」とコネチカット大学化学・生体分子工学准教授のアンソン・マー博士は言う。

UTC リサーチセンターで直接書き込み技術を使用して作成された 3D プリント磁石
研究者らはまた、直接書き込み技術を使用して、複雑な形状や任意の形状を持つポリマー結合磁石を製造した。「これにより、多くの刺激的な機会が生まれる」と馬氏は語った。「磁石がさまざまな形状を取り、他の機能コンポーネントの間にシームレスにフィットすることを想像してください。さらに、磁石の形状を変更することで、生成される磁場をさらに操作して最適化することができます。」

カスタム 3D プリント磁石を製造する現在の方法は高温硬化に依存しており、残念ながら材料の磁気特性が低下します。コネチカット大学とテキサス大学テキサス研究センターの科学者たちは、歯科医が詰め物を硬化させるために紫外線を使用するのと同様に、磁石を硬化させるために低温の紫外線を使用した。得られた磁石は、他の付加製造方法で製造された磁石よりも大幅に優れた性能を発揮します。

磁性材料を部品に直接埋め込むことで、新しい製品の設計はより空気力学的で、より軽量で、より効率的になる可能性があるとダルドナ氏は述べた。

出典: 3ders

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