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サブヴォクセル制御によるフィラメントの回転式多素材印刷

Natalie M Larson ^1,2, Jochen Mueller ^1,2, Alex Chortos ^1,2

⁰Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, MA, USA.

Nature +

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2023年1月18日

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まとめ

研究者は複雑なバイオインスピレーションによる螺旋構造を作成するための新しい回転型マルチマテリアル3Dプリント (RM-3DP) プラットフォームを開発しました. この技術は,高度な機能的な材料の材料パターンと螺旋構造の正確な制御を可能にします.

科学分野

材料科学と工学
アディティブ製造
バイオインスパイアされた素材

背景

自然界の螺旋構造は独特の機械的性質と多機能性を備えています
螺旋構造のための既存の合成方法には,同時多重材料のパターニングとサブヴォクセル制御が欠けている.
これまでの3Dプリントアプローチでは,マルチマテリアルまたはローテーション機能は別々に扱われたが,統合されなかった.

研究の目的

サブヴォクセル制御による多物質,ヘリケール構造のフィラメントを作成するための新しい製造プラットフォームを開発する.
先進的な機能のために,螺旋構造内の材料の正確なパターンを可能にします.
機能的なデバイスと階層的な格子を製造するプラットフォームの能力を実証します.

主な方法

ローテーションマルチマテリアル3Dプリント (RM-3DP) プラットフォームの開発
マルチマテリアルの連続回転ノズルを使用し,制御された角度から変換速度を使用します.
螺旋フィラメントの局所的方向と物質組成に対するサブヴォクセル制御を達成する.

主要な成果

プログラム可能なヘリックス角度,層の厚さ,接面面積を持つヘリックスフィラメントの製造に成功しました.
導電チャネルを埋め込んだ螺旋型エラストマーアクチュエータを使用して機能的な人工筋肉の作成.
合致するマトリックス内の硬いスプリングを組み込んだ構造状の螺旋型ストラットで階層的な格子を作製する.

結論

RM-3DPプラットフォームは,複雑なヘリクルアーキテクチャの設計と製造に前例のない制御を提供します.
バイオインスパイアされたモチーフを持つ多機能建築材料の作成を可能にします
この技術により機械的・機能的特性を合わせた高度な材料の設計に新たな可能性が生まれます

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