Research on origami patterns for the realization of origami 3D printers

折纸图案研究以实现折纸3D打印机

基本信息

批准号：
21K03822
负责人：
篠田淳一
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究によって折紙の展開図から発生した切紙ハニカムは従来の切紙ハニカムの2.5次元から完全3次元に以下のように拡張できた. 切紙ハニカムはメタマテリアル創生の宝庫としても脚光を浴び，折紙工学の世界で大きなトピックスとなっている．ハニカムコアは芯材を上下面で接合するサンドイッチ構造にすることにより曲げ剛性の向上やせん断剛性の獲得を目指すため，まず上下面の定式からスタートすることがこれまでの一連の研究で続けられていた．そこでは，各セルが上下面平行の一定断面，凸型，テーパー型（セルの厚みがハニカムセル伸長方向に対して線形に変化するもの），非凸型の4種類があるとし, 非凸型を除いた, 共通の定式化に成功している. 一方，非凸型では，一枚続きの展開図からセルを作成することが出来ないため，近似的に形状を再現する手法を提案している．切り紙ハニカムからのメタマテリアル創成研究が盛んなハーバード大学とMIT連合グループやブリストル大学の研究グループは上記の論文を参考にしている. 以上の従来の定式では，上下面間の形状についての制御が利かず，複雑形状のハニカム化は困難となっている．これに対し本研究では，これまでの定式化と全く異なり，任意構造のCADデータやSTL（Stereo Lithography）データをそのまま使用し，任意のハニカム構造で覆い両者の交点から任意の構造のハニカムの芯材を得るという新しい定式を試み成功した.従来では完全3次元の切紙ハニカムは得られなかったところそれが可能となった．新しいメタマテリアルの創出が期待される状況が得られた.

通过这项研究，我们能够将折纸展开图生成的剪纸蜂窝从传统剪纸蜂窝的2.5维扩展到如下所示的完整3维，这已成为世界上的一个大课题。蜂窝芯材的目的是通过创建芯材在顶面和底面接合的夹层结构来提高弯曲刚度并获得剪切刚度，因此迄今为止的一系列研究不断从顶面和底面的公式开始塔。蜂窝有四种类型：与上下表面平行的恒定横截面、凸型、锥形型（蜂窝厚度沿蜂窝蜂窝膨胀方向线性变化）和非凸型。另一方面，在非凸型中，不可能从连续展开图创建单元，因此我们提出了一种近似再现形状的方法。正在积极研究用剪纸蜂窝创建超材料的哈佛大学、麻省理工学院和布里斯托大学的研究小组参考了上述论文。在上述常规公式中，顶面和底面之间的形状无法由这使得制造具有复杂形状的蜂窝变得困难。另一方面，在本研究中，与以往的表述完全不同，我们直接使用任意结构的CAD数据和STL（立体光刻）数据，用任意蜂窝结构覆盖它们，并使用两者的交集形成任意结构的蜂窝芯，我们尝试了一种获得材料的新配方并取得了成功。以前不可能获得完全三维的切割纸蜂窝，但现在这是可能的。获得了有望创造出新的超材料的局面。