AM 論文: 中国科学院福建省物質構造研究所における 3D プリント生体構造研究の進歩

AM 論文: 中国科学院福建省物質構造研究所における 3D プリント生体構造研究の進歩
出典:福建省物質構造研究所

複合機能を備えたバイオニック構造は、その独自の機械的特性により、さまざまなエンジニアリング アプリケーションで優れたパフォーマンスを発揮する構造を開発および設計するための設計アイデアを提供します。しかし、これらの複雑で微細な構造のバイオニック製造と設計では、金型成形や複雑な構造の検証などの側面が処理条件によって制限されることがよくあります。 3D プリンティングは、さまざまな複雑な構造を迅速に製造できるため、バイオニック構造の設計、製造、検証のための新しい方法を提供します。


バイオニクス (a) 剛性と靭性の両方を備えた構造の設計 (b) 段階的な曲げと伸びが支配的なハイブリッド格子構造 中国科学院福建省物質構造研究所の研究員である Wu Lixin 氏が率いるチームは、履物や自動車などの分野における軽量 3D プリント構造の応用に関する研究を行っています。研究者たちは、剛性と柔軟性を兼ね備えた自然の生物学的構造の特性に着想を得て、曲げと伸張を主体とした階層的な構造によるハイブリッドな建築格子を設計しました。さらに、本研究では、純粋樹脂と高シリカ固形分複合材料を用いて上記格子構造を3Dプリントにより作製し、その結果を理論解析データと比較して設計の合理性を検証した。結果は、構造設計の弾性係数とひずみエネルギー密度が、単一格子トポロジー構造の 7 倍高いことを示しています。充填剤を追加することで、構造の剛性がさらに 12 倍以上増加し、構造的な座屈が減少しました。さらに、この研究では、グラフェンベースのコーティングを施した表面のハイブリッド格子設計特性を評価します。本研究で設計された格子構造は弾性回復能力に優れ、機能特性も拡張されています。

関連する研究結果はAdditive Manufacturingに掲載されました。この研究作業は、福建省の「公示と任命」主要プロジェクトと、ミンドゥイノベーションラボが独自に展開した重点技術研究プロジェクトによって支援されました。

以前、研究者たちは3Dプリントを使用して滑り止め靴底を設計しました。バイオニックデザインは、アオガエルなどの動物の足底構造をベースに、材料の研究開発と有限要素計算を組み合わせ、3Dプリントを使用して、濡れた表面でも優れた摩擦力を維持する構造を実現しました。上記の結果は、3D プリンティングを使用して、優れた性能を持つバイオニック構造を製造および検証できることを示しています。


論文リンク
https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103451





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