パワーポイントとLEDプロジェクタにより、折り畳み折りたたみのための新しい技術を実現

Anonim

ジョージア工科大学と北京大学の研究者は、ユビキタスPowerPointスライドの新しい用途を発見しました。光硬化性液状ポリマーからの自己折り畳み三次元折り紙構造の製作。

この技術は、プレートまたは2枚のガラススライドの間に置かれた液体アクリレートポリマーの薄い層上に明暗のグレースケールパターンを投影することを含む。 ポリマー中に混合された光開始剤材料は、通常のLEDプロジェクタからの光に当たると架橋反応を開始し、固体膜を形成する。 ポリマー中の光吸収色素は光のレギュレーターとして働く。 ポリマーネットワークの進化と光硬化中の体積収縮との複雑な相互作用のために、より少ない光を受けるポリマーの領域はより明白な曲げ挙動を示す。

新たに形成されたポリマーフィルムが液体ポリマーから除去されると、差別的な収縮によってフィルムに生じた応力が、折り畳みを開始させる。 最も複雑な折り紙構造を作るために、研究者は構造物の両側に光を当てる。 これまでに製作された折り紙構造には、小さなテーブル、カプセル、花、鳥、伝統的なミウラオリの折り畳みが含まれています。サイズはすべて約1/2インチです。

折り紙構造は、ソフトロボット、マイクロエレクトロニクス、ソフトアクチュエータ、メカニカルメタマテリアル、バイオメディカルデバイスなどに応用できます。

「我々の方法の基本的な考え方は、光重合中の体積収縮現象を利用することです」とジョージア工科大学のウッドラフ・メカニカル・エンジニアリング教授であるJerry Qi教授は述べています。 「特定のタイプの光重合、正面光重合の間、液状樹脂は、光照射下の側から内側に向​​かって連続的に硬化する。これは、フィルムを光路の方向に沿って曲げるようにする不均一な応力場を作り出す。

この作業の詳細は4月28日に Science Advances 誌に掲載される予定です。 研究は国立科学財団、科学研究の空軍事務所、中国奨学金協議会の支援を受けて行われました。 これは、パターン化された光重合中の体積収縮の制御によって自己折り畳み折り紙構造を形成する最初の用途であると考えられている。

収縮現象を生じるプロセスは、ポリマーの他の用途において有害であると考えられる。

「このポリマーの体積収縮は、複合材料の製造および従来の3次元印刷技術において常に有害であると考えられていた」と同研究の共同執筆者であるDaining Fangと北京大学の教授は述べた。 「私たちの研究は、視点の変化に伴って、この現象が非常に有用になることを示しています。 牙は今北京工科大学にある。

両方の方向に曲げて最も複雑な形状を作るために、研究者はパターン化されたフィルムを裏返して、反対側に架橋を作り出すことができます。

「私たちは、2つのタイプの製造プロセスを開発しました」とZeang Zhao博士は述べています。 ジョージア工科大学と北京大学の学生。 最初のものでは、液状樹脂の層に向けて光のパターンを照射するだけで折り紙構造を得ることができます.2つ目は、レイヤーを反転して2番目のパターンを照らす必要があるかもしれません。より広いデザイン自由度を提供します。

光は、約200ミクロンの厚さのフィルムを生成する5秒から10秒の間、フィルム上に照らされる。 光を受け取る領域は固体になり、パターンの他の部分は液体のままであり、構造は液体ポリマーから除去することができます」とQi氏は述べています。 "技術は非常に簡単です。"

正面光重合は、液体樹脂の厚い層の一方の側からポリマーフィルムが連続的に硬化するプロセスである。 強い光減衰の存在下では、凝固前面は照射時に表面で開始し、照射時間が増加するにつれて液体側に向かって伝搬する。 このプロセスは、照射時間および光強度を制御することによって微妙に調整することができ、この方法は、マイクロ流体デバイスを作製し、微粒子を合成するために使用されてきた。

研究者はこのデモでポリ(エチレングリコール)ジアクリレートを使用しましたが、この技術は広範囲の光硬化性ポリマーで機能するはずです。 デモンストレーションではオレンジ色の染料が使用されましたが、他の染料はさまざまな色の範囲で構造を生成する可能性があります。

原理の証明のために、趙は手作業でPowerPointパターンを作成した。 プロセスをスケールアップするために、システムはより正確なグレースケールパターンを生成するためのコンピュータ支援設計(CAD)ツールに接続することができます。

チー氏はこの技術を使って1インチほどの大きさの構造物を作ることができると考えている。 「自己折り畳みには比較的大きな構造物では不可能な比較的薄いフィルムが必要です。

加えて、Qi氏は次のように述べています。「薄いシートを複雑な3次元折り紙構造に折り畳むための簡単なアプローチを開発しました。私たちのアプローチは特定の材料によって制限されず、パターニングも簡単でパワーポイントとプロジェクターを持つ人なら誰でも"

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