科学者が新しいタイプの「骨充填材」を発明:3Dプリントの効率と印刷強度を向上できる

科学者が新しいタイプの「骨充填材」を発明:3Dプリントの効率と印刷強度を向上できる


南極ベア、2017 年 2 月 20 日: ヨーロッパの科学者チームが、3D プリント構造物の内部充填において新たなブレークスルーを達成しました。彼らは、天然の骨の内部構造に似た新しい充填構造を作成できるアルゴリズムを発明しました。既存の充填と比較して、この新しい充填は、3D プリントの効率と 3D プリント部品の強度の間でより優れたバランスを実現できます。

発表された論文の中で、研究者らは、この新しいタイプの「骨充填材」を使用して最適化された軽量コンポーネントを作成する方法について説明しています。 「骨充填材」は皮質骨の構造を模倣して作成されます。下の写真は、この骨とその構造の 3D プリントされたレプリカを示しています。

研究者らは、自然の骨が加えられた外力に反応するのと同じような方法で材料の分布を最適化するアルゴリズムを作成し、この新しいタイプの「骨充填材」を生み出した。興味深いことに、この新しい充填パターンは、印刷されたオブジェクトの外側の輪郭とは非常に異なっており、これは、現在 3D 印刷スライス ソフトウェアで使用されている多くの「繰り返しパターン」とはまったく対照的です。

  
技術的な観点から見ると、このアルゴリズムの基礎はトポロジー最適化です。トポロジー最適化は、軽量構造を設計するためのエンジニアリング手法であり、現在、航空宇宙産業や自動車産業で広く使用されています。最大の特徴は、必要な場所に材料を配置することで、特定の外力下での構造強度を最大化できることです。
  
しかし研究者たちは、トポロジー最適化を使用して作成された構造は、材料の損傷や外力の変化に敏感であることを発見しました。結局のところ、効率と強度は相反するものです。そこで、彼らは考え方を変え、最終的に物体内の微細構造の「拡散」を強化することで、この新しい「骨充填剤」を作り出しました。以下は、「標準トポロジー最適化」(左)、ボーン充填(中央)、および「通常の繰り返し充填」(右)の 3 つのモードを使用して同じボーン モデルを最適化する概略図です。
研究チームによると、この新しい構造はまだ開発段階にあるものの、選択的レーザー焼結法(SLS)と熱溶解積層法(FDM)という2つの一般的な3Dプリント技術を使用して実際にテストしたという(下の図を参照)。さらに、このアルゴリズムのソフトウェア パッケージも近日中にリリースされる予定で、リクエストに応じてテスト バージョンも利用可能になります。おそらく、もうすぐこの新しい骨由来の詰め物を試すことができるようになるでしょう。
  


研究者の一人であるジュン・ウー氏は、このアルゴリズムはスライス ソフトウェアではなく設計チェーン (CAD/CAE ソフトウェア) に統合される可能性が高いと述べています。これは間違いなく設計者にとって素晴らしいニュースであり、作業負荷が軽減されるだけでなく、作業効率も向上することを意味します。

  
さらに読む:
メッシュ鋼繊維充填により3Dプリント建物の強度が向上
[ダウンロード] デスクトップ 3Dプリントの引張力学に対する充填パラメータの影響に関する調査レポート

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