Selvbyggende 3D-printede klodser antyder fremtiden uden samlebånd

En ny undersøgelse har vist, at højfrekvente vibrationer kan få mursten til at samle sig selv til et større 3D-objekt, et fund, der en dag kan hjælpe med at fjerne behovet for fabrikkens samlebånd.

Fundene, offentliggjort i dag i tidsskriftet Scientific Reports, signalere et vigtigt fremskridt inden for programmerbar selvmontering, hvilket man tidligere mente kun var muligt ved brug af endimensionelle eller todimensionelle objekter.

Forskerholdet, ledet af Dr Ido Bachelet fra Institute for Nanotechnology and Advanced Materials ved Bar-Ilan University i Israel, brugt en algoritme fra Computational Geometry Algorithm Library (CGAL) som en del af et design, der gjorde det muligt for 18 tetraedriske klodser selv at samle til en større 3D-cylinder.

Denne video viser blokkene i monteringsprocessen. Kredit:Adar HacohenHele objektsamling. Kredit:Adar Hacohen

"Samlingsregler er kodet af topografiske tegn indprentet på murstensflader, mens tiltrækning mellem klodser tilvejebringes af indlejrede magneter, " sagde forskerne i deres papir. "Klodserne kan derefter blandes i en beholder og omrøres, fører til korrekt monterede objekter med høje udbytter og nul fejl.

"Forbedrede designs inspireret af vores system kan føre til vellykket implementering af selvmontering på makroskala, tillader hurtig, on-demand fremstilling af objekter uden behov for samlebånd."

Naturlig selvmontering

Evnen for livet til at samle sig selv er noget, der fortsætter med at undre videnskabsfolk:proteiner, vira, levende celler og flercellede organismer er alle eksempler på systemer, hvor dele er bundet til hinanden gennem tiltrækning for at danne en struktur eller et mønster.

Hamza Bendemra, en forskningsingeniør ved Australian National University, som ikke var involveret i undersøgelsen, sagde forskningen i 3D-printede samlinger er bemærkelsesværdig.

"Algoritmen var inspireret af den molekylære samling af DNA'et, " sagde han. Men han tilføjede, at der var behov for mere forskning for at løse tidens udfordringer, plads og sikkerhed for, at modellen bliver mere effektiv til at danne og forblive sammen.

"I undersøgelsen, en samling med to mursten tog mindre end et minut at samle selv. Imidlertid, en samling med 18 dele krævede over to timer for at udføre den samme bedrift."

"Komponenterne er udsat for høje vibrationer og kolliderer igen og igen, indtil de passer i den rigtige kombination. Det ville være en udfordring at implementere sådan en metode med materialer med lav styrke og dårlig slagtolerance uden at forårsage skade."

Byggeriets fremtid?

Bernard Meade, Head of Research Compute Services ved University of Melbourne, sagde, at mens den indledende forskning er begrænset til at bygge små genstande, fremtidige demonstrationer, der kombinerer andre teknikker, såsom indlejret elektronik, kunne gøre den hurtige konstruktion af større enheder levedygtig.

"For eksempel, bestilling af en smartphone med specifikke komponenter, automatisk samlet og krympepakket med en beskyttende belægning, tager muligvis kun et par minutter – og kræver ikke længere, at tusindvis af telefoner er færdiglavede. Måske er produktion af møbelskala mulig i fremtiden – forestil dig flatpack IKEA – men jeg tror, ​​det ville være svært at komme til noget på størrelse med et hus."

Det næste trin i udviklingen af ​​denne undersøgelse til bygge- og fremstillingsindustrien er at bruge både magnetiske kræfter og klæbemidler for at sikre, at samlingen forbliver på plads.

Bendemra var enig, siger, at "forskerne gjorde et fantastisk stykke arbejde med at tilføje topografiske signaler for at sikre en unik kombination, kun ville føre til, at brikkerne låste sig ind. Deres optagelser viser tydeligt, at brikker, der kolliderer i en ikke-ønsket formation, løsner sig, indtil de låser sig ind som planlagt. "

"Antallet af stykker involveret i samlingen og arten af ​​de anvendte materialer (inklusive magneten) i mere komplekse samlinger kan begrænse brugen af ​​en sådan metode."

Denne historie er udgivet med tilladelse fra The Conversation (under Creative Commons-Attribution/No derivatives).