研究者は、標準の3Dプリンターを使用して、モバイルの自動調整材料システムの新しいプロセスを作成します

フライブルク大学とシュトゥットガルトの研究者は、標準の3Dプリンターを使用して、モバイルの自動調整材料システムを作成する新しいプロセスを開発しました。 これらのシステムは、事前にプログラムされた方法で、湿気の影響下で複雑な形状変化、収縮、および膨張を起こす可能性があります。 科学者たちは、エアポテトと呼ばれるつる植物の動きのメカニズムに基づいて彼らの発達をシミュレートしました。 チームは新しい方法を使用して、最初のプロトタイプを作成しました。これは、医療用途向けにさらに開発できる、着用者に適合した前腕装具です。

研究チームは、新しいプロセスを通じて、医療用途向けに開発できる、着用者に適した前腕装具である最初のプロトタイプを作成しました。

4D印刷は形状変化を定義します

3D印刷は、広く使用されている製造プロセスになっています。印刷後も動き続け、外部刺激（光、温度、湿度など）によって自動的に形状が変化するスマートマテリアルやマテリアルシステムの作成にも使用できます。このいわゆる「4D印刷」は、刺激によって所定の形状変化を引き起こすことができ、材料システムの潜在的な用途を大幅に拡大します。これらの形状変化は、刺激応答性ポリマーで構成される材料の化学組成によって実現されます。しかし、そのような材料システムを製造するために使用されるプリンターとベース材料は、通常、高度に専門化され、カスタマイズされており、高価です。

現在、標準の3Dプリンターを使用して、湿気の変化に対応する材料システムを作成することが可能です。それらの構造を考慮すると、これらの材料システムは、システム全体または単一のコンポーネントで形状を変更できます。フライブルク大学とシュトゥットガルト大学の研究者は、複数の拡張層と安定化層を組み合わせて、複雑な運動メカニズムを実現しました。つまり、「ポケット」を加圧器として伸ばして締めるコイル状の構造です。「ポケット」が解放されると、再びリラックスできます。それ自体とコイル状の構造は開いた状態に戻ります。

自然な動きのメカニズムが技術材料システムに移行

この新しいプロセスのために、科学者は自然からのメカニズムを使用しました：エアポテトは宿主植物の幹に圧力を加えることによって木を登ります。このために、植物は最初に幹に緩く巻かれます。それからそれは葉の基本的な成長である「stipules」を成長させます。そしてそれは絡み合った茎と宿主植物の間のスペースを増やします。これにより、エアポテトの巻き茎に張力が生じます。これらのメカニズムを模倣するために、研究者は、さまざまな方向にさまざまな程度に曲がることができるように層を構築することによってモジュラー材料システムを構築し、それによってカールしてらせん構造を形成しました。表面の「ポケット」により、スパイラルが外側に押し出され、張力がかかり、材料システム全体が収縮します。

これまでのところ、私たちのプロセスは湿気に反応する既存の基本的な材料に限定されていますが、研究者は、将来、他の刺激に反応できる安価な材料が3D印刷に使用され、私たちの工芸品に使用できるようになることを望んでいます。

生活、適応性、エネルギー自律材料システムエクセレンスクラスター（livMatS）

フライブルク大学の生命、適応性、エネルギー自律材料システムエクセレンスクラスター（livMatS）の研究者は、自然に触発された本物そっくりの材料システムを開発しています。生命構造と同じように、それらはさまざまな環境要因に独立して適応し、環境からクリーンなエネルギーを生成し、損傷を受けたり、自分で修復したりすることができます。それにもかかわらず、これらの材料システムは純粋に技術的なオブジェクトであるため、合成方法を使用して製造し、極端な条件下で展開することができます。