アメリカの2つの大学が3Dプリントを使用して、従来の材料よりも軽量で広く使用されている新しい設計可能な微細孔構造を開発しました。

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-4-27 15:26 に最後に編集されました

2022年4月27日、アンタークティックベアは、プリンストン大学とジョージア工科大学の研究者が、自然界に古くから存在する微細な気孔にヒントを得て、骨や木材を3Dプリントの原料として使い、多孔質構造を実現する新技術を開発したことを知りました。

△チームは、骨、木材、動物の角に見られるさまざまな種類の微細孔からインスピレーションを得ました。画像はプリンストン大学よりこの新しい構造はスピノーダル微細構造に特殊な穴が開いていると言われており、この穴は様々な部品や特殊な特性に合わせて設計・微調整できるのが特徴。さらに、これらの多孔質構造を使用して作られた物体は、カスタマイズされた剛性と曲線を提供しながら、完全に高密度の物体よりも軽量であることが多いです。

チームはすでに SLA 3D プリンティングを使用して、顔面インプラントや軽量航空機エンジン部品など、スピノーダル微細構造に基づくいくつかの部品の試作を行っています。

「研究チームは、何でできているかに関わらず、異なる建築物間のスムーズな移行を実現する巧妙な技術的方法を発見した。これがバイオミミクリーの究極の目標だ」とトレント大学のダビデ・ビゴニ教授は語った。

研究の詳細については、「マルチスケールの設計と製造のためのスピノーダルフレームワーク材料」と題された論文をご覧ください。（クリックすると転送されます）
顕微鏡で見ると、すべて穴が開いています。骨、角、木材など、自然界に見られる多くの構造材料は、非常に多孔質です。材料を軽くするだけでなく、気孔には液体を通過させるなどの特定の機能もあります。骨の場合、微細孔は骨の再構築プロセスにも役立ち、外力に応じて骨密度を増加または減少させます。

したがって、工学的に自然界の多孔質構造を模倣できれば質的な改善は達成できますが、同様の特性を持つ合成材料を開発することは非常に困難です。

プリンストンチームは、トポロジー最適化技術の助けを借りて解決策を見つけました。この技術を開発する前に、研究者らは、微細構造を変更してさまざまなサイズ、形状、方向の孔を持たせ、個人に合わせたカスタマイズを可能にすることを構想していました。

具体的には、この技術により、球形、ダイヤモンド形、円柱形、レンズ豆形などの穴の形状を設計できます。あるいは、穴の形状と向きを変更することで、異なる剛性分布を持つ材料をロードすることができ、穴のサイズを変えて材料の密度を制御することもできます。

「この新しい技術は、材料構造とさまざまなスケールでの最適化を組み合わせ、付加製造と完璧に連携するため、特に強力です」と、プロジェクトの主任研究者であるグラウシオ・パウリーノ氏は語った。「スケールアップが可能なので、ナノやマイクロスケールの技術だけでなく、メソやマクロスケールの構造にも応用できるという意味で、幅広い用途がある可能性がある」

△生物学的な微細多孔質構造にヒントを得て3Dプリントされた顔面インプラント。画像提供：プリンストン大学
顔面インプラントと航空機部品<br /> 微細構造の性能をテストするために、研究者らはまず顔面骨インプラントのプロトタイプを 3D プリントしました。従来の材料は通常チタン金属で作られていますが、微細孔骨インプラントを使用すると、構造が軽量になるだけでなく、骨の統合も改善されます。これは、従来の顔面骨インプラントやカスタマイズ可能な棘微細構造とは比較にならないものです。

この場合、研究チームは円柱状の孔とレンズ状の孔を組み合わせて、噛む力に耐える強度があり、骨の成長を促進できる微細孔インプラントを作成しました。テスト部品は樹脂製の試作品であったが、生体適合性材料での3Dプリントにも適しており、今後さらにテストされる予定である。

「優れているのはベースとなる素材ではなく、微細な特徴なのです」と研究の共著者であるエミリー・サンダース氏は付け加えた。「理論上は、どんな材料からでもより強力な構造物を作ることができます。その秘密は生体適合性材料です。」

チームはまた、3D プリントを使用して、強度と軽量性を兼ね備えた重要な航空部品である微細孔ジェットエンジンブラケットを作成しました。同時に、チームは生物学的多孔性の原理を理解することで、微細構造に弱点を作らずに、3D プリント部品全体にわたって 1 つの微細構造から別の微細構造へのスムーズな移行を実現することができました。将来的には、より強力な部品設計への適用がより適したものになる可能性があります。

アメリカの2つの大学が3Dプリントを使用して、従来の材料よりも軽量で広く使用されている新しい設計可能な微細孔構造を開発しました。

パイナップルの葉の繊維廃棄物を3Dプリント用のフィラメントにリサイクルする方法

DLP光硬化3Dプリント技術の原理と市場開発

かつての海洋覇権国スペインは、3Dプリント技術を使って造船所4.0を建設している。

誰もが話題にする航空宇宙の 4 つの主要産業とは何でしょうか?

特許譲渡・協力：ベルトコンベア式連続印刷デスクトップFDM3Dプリンター

マイルストーン！ 3Dプリントエンジンを搭載した初のエレクトロンロケットが打ち上げに成功

アメリカの科学者が金属3Dプリント部品の内部に気孔が現れる理由を明らかに

3Dプリントによりガスタービンの効率65%を達成可能

安徽省白土湖と康碩グループが共同で子会社を設立し、3Dプリント業界に参入

ポリメーカーが新しいパンクロマとファイバーオンフィラメント製品ラインを発売

推薦する

YTO Expressが株式を公開、3Dプリントドローンは物流業界にどのような影響を与えるのか？

マテリアライズの中国語テクニカルサポートサイトがオンラインになりました

無重力3Dプリンターが世界初の民間宇宙ステーションに導入される

3Dプリントダイカスト金型インサートの寿命は5万回を超え、Broadcom Precisionは技術応用の画期的な成果を達成しました。

Sermoon V1 3Dプリンターで親の時間を解放し、子供の興味を育む

レニショーとバイオホライズンズがカスタム3Dプリント金属歯支台を製造

Baochenxin Laser: 積層造形分野で高安定性と高効率のレーザーソリューションを提供

中国初のHP 3Dプリンティング量産センターが青島に設立

3Dプリントされた妖精の指輪が2016年のベルギーのエレクトロニック音楽フェスティバルに登場

AnkerMake M5専用6色3Dプリント素材ボックスがまもなく出荷

Bambu Lab X1は、驚異的な高速性とマルチカラー機能を備えたデスクトップ3Dプリンターです。

3Dプリントを使用してプラスチックを炭素材料に変換すると、炭素材料の大量生産に新しいプロセスがもたらされ、プラスチックのリサイクル問題の解決に役立ちます。

バイオプリントされた神経膠芽腫モデルは細胞外マトリックスの機械的特性の不均一性を模倣する

プーマは高度な3Dプリント技術を使用してクラシックなモストロシューズをリニューアル