3Dプリントされた強力な超弾性TPUフォームは、自身の荷重の20,000倍に耐えることができます。

3Dプリントされた強力な超弾性TPUフォームは、自身の荷重の20,000倍に耐えることができます。
2018年4月17日、Antarctic Bearは海外メディアから、クリーブランドのケープ・ウェスタン・リザーブ大学の研究チームが最近、多くの有用な用途がある可能性のある興味深い新しい3Dプリント材料のグループを研究したことを知りました。 このプロジェクトは、リゴベルト・アドヴィンクラ教授が高分子科学工学部のチチ・チェン氏およびペン・フェイ・カオ氏と共同で実施しました。 彼らの研究の詳細は、「3D プリントによる機械的に堅牢で、特性を調整可能な超弾性階層型フォーム」と題された論文で発表されており、Advanced Functional Materials 誌に掲載されています。 研究チームは、直接インク書き込み(DIW)としても知られる粘性溶液印刷(VSP)3D印刷技術を使用して、超弾性フォームを作成しました。

論文リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201800631



デジタル 3D モデルから直接印刷できるため、複雑な構造を高精度で作成でき、エンジニアはミクロとマクロの両方のスケールで多孔性を詳細に制御できます。この研究は、一般的なプラスチック材料であるポリウレタンを使用して実施されました。 3D プリントにより、材料の構造をさまざまなレベルで制御できるようになり、材料を多孔質にすることで、望ましい特性を大幅に向上させることができます。成形や鋳造の方法と比較すると、3D プリントではフォームの最終構造の複雑さのレベルが高くなります。

VSP 3D 印刷技術では、注射器を使用して粘性のあるインク材料をビルド プレート上に押し出し、所定の位置に配置して層ごとに 3D 構造を作成します。この 3D 印刷技術は、より多様な材料で印刷できるため、従来の FDM 押し出し方式よりも優れています。これらには、金属、ハイドロゲル、エアロゲルのほか、セラミックや熱可塑性プラスチックも含まれます。

3D 印刷技術で使用されるインクはチキソトロピー材料であり、流動性がなく、外部からのストレスによって変形する可能性があります。これらのインクは、デュアルナノ粒子(ナノクレイとシリカナノ粒子)をポリウレタン懸濁液に分散させるシンプルなワンポット法で調製されました。

インクの粘度、シリンジの設計、印刷パラメータ、3D 設計自体の正確な制御により、最終的な 3D 印刷構造を高度に制御できます。熱可塑性ポリウレタン (TPU) は、階層的な多孔質構造で製造されます。マクロスケールでは、最初の 3D 設計内に配置することで、構造内に大きなサイズの穴が作られます。次のレベルでは、オブジェクトを水に浸すと、印刷後の相分離プロセスによって大きな微細孔が作成されます。最小の微細孔は化学エッチングによって生成されます。



得られた TPU フォーム構造は軽量で、優れた機械的強度を示します。 また、1,000 回の圧縮サイクルを超える前例のない弾力性と、自重の 20,000 倍を超える荷重を受けてもすぐに完全に回復する並外れた堅牢性も備えています。

超弾性フォームの機械的特性は、使用用途に応じて調整できます。 導電性についても同様であり、このフォームで作った小さなスポンジをカーボンナノチューブ (CNT) の水溶液に浸すとそれが実証されます。 強力なファン・デル・ワールス力のおかげで、カーボンナノチューブは TPU フォームの表面に保持されます。 乾燥後、フォームは回路基板にテープで貼り付けられ、高感度の抵抗率センサーとして使用されます。 これは本質的には、圧縮して回路を開いたり閉じたりできる柔軟な電源スイッチです。




この 3D プリント可能な TPU フォームは、フレキシブル エレクトロニクスに加えて、履物 (ニューバランスの 3D プリント トレーナーなど)、車のシート、パッケージ、組織工学の足場など、ポリウレタンの既存の多くの用途を改善するために使用できます。 インクの混合比を変えることで、ポリウレタン以外のプラスチックでも同様の効果が得られます。

出典: 3ders


FDM、陶芸、車、南極のクマ

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