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形状が劇的に変化する3Dプリントテンセグリティ物体を作製

July, 20, 2017, Atlanta--ジョージア工科大学(Georgia Institute of Technology)の研究チームは、3Dプリンターを使って、劇的に拡大できる物体を作製する方法を開発した。これはいずれ、宇宙ミッションからバイオメディカル機器のアプリケーションで使用できる。
 新しい物体は、テンスグリティを使用する。テンスグリティとは、圧縮状態にあるフローティングロッドと張力が途切れないケーブルの構造体。研究チームは、加熱すると拡大する形状記憶ポリマから支柱を作製した。
 「テンスグリティ構造は極めて軽量であるが、同時に高強度でもある。宇宙探査目的でテンスグリティ構造の利用の研究に多くの関心が寄せられている理由がそこにある。目標は、最初に占める空間は小さいが、後に大きな物体に展開する方法を見つけることである」とジョージア工科大学土木・環境工学教授、Glaucio Paulinoは説明している。
 研究チームは、3Dプリンターを使って、テンスグリティ構造の主要コンポーネントの1つをなす支柱を作製した。支柱を一時的に折り畳んでフラットにできるように、研究チームはチューブの長さ分の狭い開口部をもつ空洞となる支柱を設計した。個々の支柱は各端に弾性ケーブルネットワークに接続する付着点を持ち、ケーブルも3Dプリンターで作製される。
 支柱が65℃に加熱されると、研究者は支柱を部分的にフラットにし、文字Wに似た形に折りたたむことができる。次に冷却された構造はその一時的な形状を維持する。
 取り付けられた全てのケーブルにより物体は、再加熱されるとテンスグリティ構造に変形する。
 「最初は圧縮されて占めるスペースが小さなアンテナのようなものを作ることができる。しかし、例えば太陽熱で加熱されると、完全に開く」とJerry Qi機械工学教授は説明している。
 テンスグリティ構造に変形できる3Dプリント物体を作る主要コンポーネントは、拡大率と順番をコントロールしている。形状記憶ポリマにより、研究チームは、個々の支柱の拡大がどの程度迅速になるかを微調整することができる。これは、どの温度で拡大が起こるかで調整する。それによって構造は、連続的に拡大する支柱で設計できる。
「構造が大きく複雑な場合、これらの支柱の展開連続性を制御しないと、もつれて大混乱になる。各支柱がどの温度で拡大するかを制御することによって、段階的に展開し、このような混乱を避けることができる」とPaulinoは話している。