南方科技大学と香港城市大学は、マルチマテリアル3Dプリント技術を使用して、高性能な厚板折り紙構造を実現しました。

この投稿は Bingdunxiong によって 2025-1-10 15:14 に最後に編集されました

Antarctic Bear の紹介:エンジニアリングと製造の分野では、特に軽量性と折りたたみ性が求められる用途において、高い耐荷重性と柔軟性を備えた構造を設計することが常に課題となってきました。

△ 折り紙をベースとした機械メタマテリアル
2025年1月10日、アンタークティックベアは、深センの南方科技大学と香港城市大学の研究者が、マルチマテリアル3Dプリント技術を使用して、柔らかく伸縮性のあるヒンジで完全に包まれた剛性パネル構造を作成することに成功したことを知りました。この独自の設計により、各折り紙ユニットは、自重の 110,000 倍以上の荷重に耐え、40% の圧縮歪みに 100 サイクル以上耐えることができ、また、かなりの衝撃エネルギーも吸収します。この戦略により、前例のない耐荷重性と柔軟性を実現できます。

△関連研究成果は「マルチマテリアル3Dプリント自己ロック厚板折り紙メタマテリアル」と題してネイチャーコミュニケーションズ誌に掲載されました（ポータル）
研究チームは、オランダのUltimaker社が製造したUltimaker S5を使用して、熱可塑性ポリウレタン（TPU）で完全に包まれたポリ乳酸（PLA）コアを印刷しました。従来の厚紙折り紙の試みでは、剛性部品と柔軟性部品の界面で失敗することが多く、その結果、層間剥離が発生したり、折り曲げ性が制限されたりします。対照的に、PLA パネルを連続した TPU 層で包むと、折り曲げ時に剥離することなく大きな張力に耐えられる強力なヒンジが作成されます。このラッピング方法により、厚いパネルの手作業による接着やローリングヒンジなどの複雑な組み立て工程が不要になり、周期的な負荷下でも信頼性の高いパフォーマンスが保証されます。

△Ultimaker S5 Proパッケージにはエアマネージャーと材料ステーションが付属
自動ロック式折り紙が構造強度を向上

研究者たちは、3Dプリントされたミウラ折り紙の厚いシートを2枚重ねることで、自動ロックユニットの構築に成功しました。重要な革新の 1 つは、プッシュプル (P2P) 変形モードです。これは、垂直方向の圧縮力をソフトヒンジの水平方向の張力に効果的に変換します。テスト中、4 つのセルフロックユニットは共同で 260 kg を超える重量に耐え、繰り返しの荷重後も完全な回復能力を発揮しました。永久変形を起こさずに大きな圧縮歪みに耐えるこの能力は、荷重を伝達する際にパネルが座屈するリスクをフレキシブルヒンジが回避するという事実によるものです。

△ 厚板折り紙の製作と設計座屈を回避し、P2Pモードを維持するために必要な幾何学的パラメータを決定するために、研究者らは有限要素解析（FEA）シミュレーションとカスタム理論モデル研究を実施しました。ヒンジの長さ、壁の厚さ、パネル間の角度などのパラメータを調整することで、折り紙の機械的応答をプログラムできます。これらのパラメータが正しく設定されていると、折り紙構造は静的荷重をサポートできるだけでなく、周期的な応力にも耐えることができます。さらに、折り紙を何層にも重ねることで、衝撃力を大幅に軽減することができます。 72 ジュールの落下試験では、3 層折り紙構造によりピーク衝撃力が 72.1% 低減され、保護用途における大きな可能性が強調されました。

△折り紙構造の圧力テスト
プロトタイプから実際のアプリケーションまで

製造プロセスでは、剛性コンポーネントと柔軟性コンポーネントを一体で直接印刷できるため、この折り紙デザインは特定のエンジニアリングニーズに合わせてカスタマイズできます。潜在的な用途としては、ヘルメットのエネルギー吸収パネル、航空宇宙における展開機構、ロボット工学における柔軟なサポート構造などが挙げられます。研究チームはまた、剛性を高めたりエネルギー吸収特性を調整したりするために、炭素繊維強化ポリマーなどの他の材料の使用を検討している。

△ セルフロック式厚板折り紙の設計と機械的特性厚板折り紙技術は、柔軟な折り畳みを維持しながら厚さを制御するという長年の課題を解決し、折り紙にヒントを得たメタマテリアルの広範な応用に近づきます。研究者たちは、シンプルな 3D プリントワークフローと正確な幾何学的モデリングを組み合わせることで、これらの折りたたみ式構造が従来の耐荷重限界を超えることができることを実証しました。

この研究は、中国国家重点研究開発計画（2020YFB1312900）、中国国家自然科学基金（11922215）、および深セン科学技術イノベーション委員会、広東省自然科学基金、香港城市大学からの追加資金によって支援されました。

南方科技大学と香港城市大学は、マルチマテリアル3Dプリント技術を使用して、高性能な厚板折り紙構造を実現しました。

クリエイティブな会社がオレンジ、レモン、コーヒーかすを使ってモダンな家具をプリント

中国のデスクトップ3Dプリンター使用状況レポート：最大の懸念は印刷速度の遅さ、60％のマシンがアイドル状態

イスラエルは新たなブラックテクノロジーを考案した。それは、大型の紙原料3Dプリンター「ハイコン」だ。

登録通知: 「2017 年の中国の 3D プリントの状況」

モトローラとレッドウルフテクノロジーが提携し、携帯電話向け3Dプリント部品ライブラリを開発

航空機メーカーのハーメウスは、商用超音速旅客機のコアコンポーネントの開発に Velo3D プリンターを使用する予定です。

ストラタシスは、中国の3Dプリントサービス業界におけるインテリジェント製造の発展を加速するために、Huiyingtongと提携します。

シャイニングとシーメンスは3Dデジタル設計の世界的普及に向けて協力

プリズモゲンは中国医療機器産業協会の3Dプリント専門委員会の準備会議に出席した。

スワロフスキーとxoloが協力してクリスタルアート作品を3Dプリント

推薦する

2022年の3Dプリント市場の動向：統合、影響、産業化、BJテクノロジー

Rongzhi 3D金属3Dプリントはゴルフ業界の新しい販路開拓に貢献

BASF Forward AMとJiji Shengfangが共同で上海に新たな積層造形技術センターを設立

Electronic Alchemy が NASA 向けにマルチマテリアルエレクトロニクス 3D プリンターを開発

3D Systems ダイレクトメタルプリンティング (DMP) の利点、機器、およびアプリケーションシナリオ!

[乾物] 3Dプリント素材には独自の利点がある

AVIC Metalが中国非鉄金属産業科学技術賞の最優秀賞を受賞

端末アプリケーションの需要が急増！プロトラブズがGEの大型金属3Dプリンターを購入

研究者らがMIG溶接を使った低コストの金属3Dプリンターを開発

ドバイ、完全3Dプリント住宅建設のためのフューチャーアクセラレータープログラムを開始

手作業に別れを告げ、3Dプリントの研磨と着色を自動化、ドイツDyeMansion

レビュー: 3Dバイオプリンティング技術の開発

3Dプリントの日常的な応用事例を共有し、あなたの人生を楽しいものにします

ボーイングとエリコンが協力し、チタン製航空宇宙部品の3Dプリントを推進

ポケットに収まるポータブル3Dスキャナが登場。Shinlin 3Dが新製品EINSTAR VEGAを発売