
PLAの可能性を広げる!ムール貝や小麦で作る形状記憶性コンポジットの研究
ノッティンガム・トレント大学と英国のナショナルコンポジットセンターに所属する研究者たちが、3Dプリンティング用PLA(ポリ乳酸)の新しい可能性を追求した研究を発表しました。
モハマドレザ・ラレガニ・デザキ氏、カラム・ブランフット氏、ジョン・バクセンデール氏、マフディ・ボダギ氏のチームは、ムール貝の殻と小麦を混合したPLAコンポジットを開発。これにより、形状記憶特性を持つ新素材を作り出しました。この研究は、PLAの機械的特性を向上させる可能性を示し、多くの興味深い用途を提案しています。
自作フィラメントで形状記憶性を実現
研究チームは、ムール貝の殻と小麦を様々な割合で混ぜた独自のフィラメントを作成しました。このフィラメントの製造には「3Devo フィラメントメーカー」を使用しています。
3Dプリントには、2019年に登場した比較的低価格なデスクトッププリンター「Geeetech A30M」を採用。このプリンターは320 x 320 x 420 mmのビルドボリュームを持ち、デュアルZ軸リードスクリューとカラー混合システムを備えています。
プリント用のソフトウェアとしてSolidworksやCura、さらにGeeetech ColorMixerスライサーを使用して、マルチマテリアル構造や機能的勾配部品を作成したとのこと。
結果と性能評価
完成した試験片はヒートガンで加熱し、荷重をかけることで形状記憶特性をプログラムしました。その結果、サンドイッチ構造や機能的勾配部品を試作した際に、より高い強度が確認されました。特に小麦を添加したPLAは、93.3%という優れた形状復元率を示しました。また、ムール貝由来のPLAは、純粋なPLAと比較して可燃性が低減していることが判明しました。
提案された用途と実用例
研究チームは、この新素材の可能性について以下のような用途を提案しています:
- グリッパーやアクチュエーターなどの動作部品
- 環境に優しいカトラリーやパッケージング
- エレクトロニクスの梱包材
強度を示すために作成された試作品には、5グラムのコイル構造があり、3キログラムの重さを支えることができるうえ、最大1100Nの荷重に耐えられることが実証されました。これは、電子機器のパッケージングなど、実用的な応用に向けた大きな可能性を示しています。
次世代パッケージングへの応用例
特に注目すべきは、形状記憶構造を利用した適応型パッケージングの可能性です。例えば、ノートパソコンの梱包材が配送後にデバイスの足部分として機能する形状に変化する仕組みが考えられます。また、Amazonのような企業が形状記憶性部品を活用して、さまざまなサイズの製品に適応できる汎用パッケージングを導入する可能性もあります。
簡易な装置で広がる可能性
今回の研究で注目すべきは、比較的シンプルな3Dプリンターとフィラメントメーカーを使用して、これほど先進的な素材が生み出された点です。筆者自身、牡蠣の殻を使ったフィラメントの開発や、フラックスやヘンプを用いた実験に取り組んだ経験がありますが、PLAに生物由来の素材を組み込むプロセスは驚くほど簡単で楽しいものです。それにもかかわらず、生物由来のコンポジット素材に取り組む人々が少ないのは意外です。
持続可能な未来への期待
廃棄物をフィラメントに統合することで、より価値の高い持続可能な解決策が生み出される可能性があります。今回の研究が示すように、素材の多様性と応用範囲の広がりは非常に魅力的です。プランターや家庭用品から、より高度な産業用途に至るまで、この分野への関心と投資がさらに高まることを期待したいです。PLAの可能性は、まだまだ広がり続けています。
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