東京の研究者が自力での自己実証を行う

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東京大学電気工学情報システム学科のグループは最近、高解像度の自己折り畳み折り紙構造を 4D プリントする方法に関する記事を発表しました。 彼らの手法では、4D プリンティング、折り紙、化学を組み合わせて、溶融堆積モデリング (FDM) 4D プリントよりも 1200 倍高い解像度を持つオブジェクトを作成します。 このプロセスはさまざまな用途に使用される可能性があり、将来的には Zara T シャツを発送する方法になる可能性もあります。

4D プリントは 10 年前から存在しており、プリント後に熱、光、電気などの刺激を加えると動く素材を 3D プリントするプロセスです。 この技術は建設、軍事、宇宙探査での使用が積極的に研究されており、3D プリントの変革をもたらす可能性があります。 ただし、すべてのテクノロジーと同様に、4D プリンティングにも限界があり、顕著な限界の 1 つは補助なしで自動で折りたためることです。

鳴海香谷助教率いる東京大学のグループは、この問題に正面から取り組み、自己折り畳みプロセスをスピードアップするためにテッセレーションを活用する方法を模索しました。 同グループのアイデアは、市販の UV インクジェット インクとプリンターを使用して、熱収縮シートの上に 2 次元パターンを印刷することでした。 印刷後、熱収縮フィルムを水で加熱すると、シートが自然に希望の形状に変形します。 パターン化されたテッセレーションに基づいて、応力とひずみをシミュレーションによって予測し、目的の形状になるように設計できます。

4D プリントされた花束の自動折りたたみプロセスの画像。 (画像提供: ACM Transactions on Graphics)

同グループは、最大の課題は、このプロセスに使用する適切なハードウェアとインクを見つけることであったと述べています。 試行錯誤の結果、UV プリンターとして Mimaki UJF-6042 MKII、UV 硬化インクとして Mimaki LUS150 (CMYK+White)、LH-100 (クリア)、PR-200 (プライマー)、ハッコー シュリンクにたどり着きました。熱収縮フィルムとしてフィルム 841-02、バイリーン アイロンシュリンクシート OR-30N を使用します。 これらの選択により、同グループは解像度を標準的な FDM 4D プリントの 1200 倍に向上させ、以前の研究で示されていたよりも迅速かつ人間の関与を少なくして形状変更プロセスを実行しました。

鳴海氏のチームはまた、帽子、ジャケット、花束、ボトルに入った船、封筒の 5 つの異なるデモで、テクノロジーの潜在的な最終用途アプリケーションを紹介しました。 研究チームは、将来的には導電性インクや磁性インクなどの他の機能性材料を研究し、この技術を使用してより滑らかな表面を実現したいと述べている。

全体として、これは 4D プリンティング コミュニティへの素晴らしい追加です。 鳴海氏のチームは、この分野で蔓延しており、ファッション、宇宙探査、医療などの多くの業界で活用できる問題の解決策を見つけることができました。 これが 4D プリンティングの他の取り組みに加わっていることは間違いありません。過去 10 年間で 4D プリンティングにどれほどの関心が寄せられてきたかを考えれば、この分野での研究は今後も盛んになると確信しています。

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