ランニングシューズの素材が、建物を衝撃による損傷から守る3Dプリントデザインにインスピレーションを与える

ランニングシューズの素材が、建物を衝撃による損傷から守る3Dプリントデザインにインスピレーションを与える
出典: Qianzhan.com

ランニングシューズや低反発枕に使われる素材が、衝突による損傷やその他の高衝撃力(具体的には時速60キロで走行する車)から建物を保護するのに役立つ可能性のある3Dプリント製品のデザインにインスピレーションを与えました。


『Smart Materials and Structures』誌に掲載された論文によると、UQ 材料科学センターおよび UQ 土木環境工学部の Tatheer Zahra 博士は、容易に入手できるバイオプラスチックを使用して、二次材料の挙動を模倣した 3D 形状を印刷しました。

補助材は、伸ばしても平らにならず、圧縮しても膨らまず、全方向に同時に膨張または収縮するため、エネルギー吸収性や耐荷重性に優れています。

しかし、既存の市販の補助材料は高価であり、現地では入手できないため、博士は同じ動作を実現できる幾何学的形状を設計しました。

ザフラ博士は、3Dプリントされた補助形状は、複合材料における鋼鉄や繊維強化ポリマーメッシュ補強材に代わる可能性があり、柔軟で幅広く適用可能な防護壁としても機能する可能性があると述べた。

エネルギー吸収機能は、建物の壁全体に厚さ20mmの強化複合保護層を設置するのと同等で、時速60kmで走行する自動車の衝撃に耐えることができます。

それだけでなく、石造壁はほとんどの商業ビルや住宅ビルの重要な構成要素であるため、石造壁の保護は特に重要であると博士は述べています。石積みは非常に安価な材料で、木材や鋼鉄よりも耐火性に優れていますが、モルタルの接合部によって全体的な構造強度が弱まります。モルタルに補助形状を埋め込んで保護複合材料を作成すると、構造物の寿命を延ばすこともできます。

実験室規模での検証に続いて、ザフラ博士は現在、クイーンズランド工科大学バンヨ校のパイロットプラントで実物大の石造建築物とコンクリート構造物でこれらの設計をテストすることを目指しています。

3D プリントにより、さまざまな構造要件や負荷要件に合わせて、設計の材質、サイズ、形状を変更することもできます。さらに、バイオプラスチックは、繊維強化プラスチックやその他の非生分解性ポリマーに比べて、より持続可能で炭素排出量の少ない代替品となります。また、1平方メートルあたり最大400ドルかかる場合があり、生分解性のない既存のトリム生地を使用するよりもコスト効率に優れています。

「面内および面外荷重下における 3D プリントされたリエントラント キラル オーセチック (RCA) ジオメトリの挙動」と題された研究論文が、Smart Materials and Structures 誌に掲載されました。主著者はTatheer Zahraです。


ランニングシューズ、伸縮性

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