3Dプリントされたメタマテリアルスプリング複合フォーム構造が自動車用クッションの新時代を切り開く

この投稿は warrior bear によって 2023-8-23 21:24 に最後に編集されました

はじめに: 振動低減は、3D プリント業界の新興分野です。最適化された構造により、トラックからテニスラケットに至るまでの製品の快適性が向上します。 3Dプリントシートがようやく普及し始めており、自動車業界や自転車業界の企業がその可能性を模索している。デジタルおよびプログラム可能なフォーム構造が注目を集める一方、超高性能素材は商業開発の豊富な機会を提供しており、可変密度クッション技術は間違いなく注目の的となっています。
「振動絶縁用複合フォームメタマテリアルスプリングの付加製造」と題する関連研究の進捗に関する論文が、Ali Zolfagharian、Peter Picken らの共著者により、Advanced 誌に掲載されました。研究者は、ディーキン大学、ノッティンガムトレント大学、ロイヤルメルボルン工科大学の研究者です。

関連論文リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.202300356
この研究により、最適化された座席の設計における新しいコンセプトが生まれました。彼らは、低コストの材料押し出し 3D プリンターを使用して、「高い静的剛性と低い動的剛性」によって優れた振動絶縁を実現するメタマテリアルスプリングを作成しました。これらの準ゼロ剛性 (QZS) メタマテリアルは、通常のポリウレタンフォームシートに埋め込まれ、テスト中に良好なパフォーマンスを示しました。
しかし、本当に際立っているのは、デザインのシンプルさと経済性です。チームは複雑な機械を使用するのではなく、安価な部品を使用して構造を最適化することでこれを達成しました。従来のスプリングよりも必ずしも安価というわけではありませんが、従来のスプリングよりも結果は良くなるはずです。比較的低コストでこれらの新しい形状を自由に設計できることは、3D プリンティングに大きなメリットをもたらす可能性があります。オーゼティック構造またはゼロポアソン比 (ZPR) 構造の固有の特性を考慮してください。通常、輪ゴムを伸ばすと、真ん中が細くなります。対照的に、オーセチック材料または構造は逆の動作をし、伸ばすと厚くなり、圧縮すると薄くなります。これらのオーゼティックは、優れた振動減衰特性でも知られており、ヘルメットなどの製品に大きな応用価値をもたらします。

実験では、チームはスプリングの曲げ挙動を制御してテスト性能を向上させました。彼らは、従来のフォームシートに挿入できる円筒形のスプリングを設計しました。また、3D プリントされたコンポーネントの制御された「負の剛性」の曲げ動作により、エネルギーを吸収しながらパフォーマンスが向上します。研究チームは、一般的な TPU フィラメント (eSun、Ninjatek、Recreus など) をテストして比較し、さまざまなスプリング設計と材料の選択的なテストも実施しました。結果は、異なる材料の性能に大きな違いがあることを示しました。例えば、ホビーキングのUTSは他社の4倍です。チームは、100% 充填材、0.4m ノズル、0.2mm の層高を使用して印刷し、フィラメントを乾燥させました。徹底的な比較を行った結果、eSun 素材の印刷可能性と価格が評価され、プロジェクトで使用することを決定しました。

フォームと一緒に使用すると最高のパフォーマンスを発揮する特別なデザインです。フォームとスプリングの組み合わせによって、テストサイクルごとに結果が異なり、一部の組み合わせは極端な状況でより優れたパフォーマンスを発揮し、他の組み合わせは中程度の負荷の状況でより優れたパフォーマンスを発揮しました。特に特定の状況では特定の範囲で不安定性が生じるため、スプリングのパフォーマンスを調整するのは困難です。場合によっては、中程度の衝撃ではパフォーマンスが良好になる一方で、高レベルの衝撃では不快感が少ないと考えられます。

全体的に、3D プリントされたスプリングと通常のフォーム構造の組み合わせは、フォーム構造単独の場合よりも優れた性能を発揮しました。彼らは、スプリングは特定の条件に合わせて最適化できるし、最適化すべきであることを発見しました。これは、特定のユースケースに最適なスプリングソリューションを設計した人が大きな価値を得られる可能性があることを意味します。これは、大量カスタマイズや特定の目的のためのカスタム設計のシナリオが実際に存在することを意味する場合もあります。彼らの研究はまた、異なる特性により、特にトラックやバスなどの大型車両で発生する強い振動がこれらのスプリングによって特別に吸収される可能性があることを示唆している。この場合、3D プリントソリューションはミッドレンジおよびハイエンドソリューションでより優れたパフォーマンスを発揮する可能性があります。全体的に見て、これは有望なアイデアであり、製造コストも非常に安価であるように思われます。

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