4Dプリントされた潜水艦は電気や石油なしでも航行可能

4Dプリントされた潜水艦は電気や石油なしでも航行可能
電気や燃料を使わずに移動できる潜水艦について考えたことはありますか? 4D プリントにより、エンジン、推進剤、電源を使わずに前進、貨物の輸送、基地への帰還が可能な、全長 7.5 cm の完全にプラスチック製の潜水艦が実現しました。
この偉業は、材料科学、コンピューティング、エンジニアリングを組み合わせることで達成され、カリフォルニア工科大学の研究者と協力したクリスティーナ・シア教授によって達成されました。それで、この潜水艦はどのように動くのでしょうか?

実際、これは 4D プリントの概念を採用しています。3D プリントされたオブジェクトは、まずプラスチックの熱に対する反応がさまざまな形状に変換されるように事前にプログラムされ、それが潜水艦の動きに変換されます。ミニ潜水艦の設計は、3 つの個別のアクチュエータ グループを交互に作動させる、熱作動アクチュエータの複雑なシステムです。

潜水艦の4Dプリントアクチュエーターは、各パドルセットと上部に取り付けられたグリッパー上に、水温の変化に適応するようにプログラムされています。最初のストローク中: 膨張が発生し、アクチュエータが移動して、接続されたパドルを駆動します。 2 番目のパドル セットのアクチュエータは最初のセットのアクチュエータよりも厚いため、アクチュエータのプラスチックが加熱され、膨張してストロークを作成するのに時間がかかります。

潜水艦が泳ぐ仕組みは、人間の筋肉が伸びたり縮んだりして動きを生み出す仕組みに似ています。しかし、現在、潜水艦内のアクチュエーターの各セットは 1 回のストローク/アクションしか実行できず、潜水艦を複数回移動させる必要がある場合はリセットする必要があります。

最終的に、チームは複数の 4D プリントアクチュエーターの複雑なシリーズを作成し、水中での潜水艦のさらなる移動を可能にする予定です。研究者らはまた、水の塩分濃度や酸性度など、他の環境要因に反応する材料も研究対象に加えたいと考えている。

4D プリンティングではこれまでにどのような研究の進歩がありましたか?


▲米国のローレンス・リバモア国立研究所(LLNL)が開発した、熱刺激によって変形できる典型的な4Dプリント構造


米国のジョージア工科大学(GT)は最近、自ら開発した新しい4Dプリント構造を実演した。写真のように、もともとは「丸まった」状態ですが、お湯に浸かっているとだんだんとほぐれていき、やがて別の形になります。


また、クリスティーナ・シア教授の研究成果として、これらの 4D プリント構造は、マルチマテリアル 3D プリンターを使用して作成されました。白い部分の材質は硬質ポリマー、黒い部分の材質は弾性ポリマーです。この弾性ポリマーは加熱されると変形し、これがこれらの構造の変形の鍵となります。
出典: 3dprintingindustry



潜水艦、4Dプリント

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