テキサスA＆M大学とSandia National Laboratoriesの研究者チームは最近、ジャーナルマテリアル＆デザインのインターロッキングラティスメタマテリアル（ILM）に関する重要な研究を発表しました。この研究では、シェイプメモリ合金（SMA）と3D印刷を利用して、航空宇宙、ロボット工学、生物医学デバイスの分野に革命をもたらすと予想される、新しいアクティブなインターロッキングラティスメタマテリアル技術を開発します。
研究の背景
インターロック格子メタマテリアルは、一連のインターロッキング特性構造を通じて、隣接するオブジェクト間の動きを制限する新しい結合テクノロジーです。従来のインターロッキング格子メタマテリアルは通常、設計が受動的であり、接続を行うか壊すために外力を必要とします。しかし、テキサスA＆M大学の研究者チームは、形状記憶合金、特にニッケルチタン合金を統合することにより、特定の温度で自動的に開閉できるアクティブなインターロッキングラティスメタマテリアルを実現しました。
研究方法論
●研究チームは、近くのイソトミック比Ni-TIパウダーとレーザーパウダーベッド融合（L-PBF）3D印刷技術を使用して、インターロッキング格子メタマテリアルアレイの2つの異なる構成を設計および製造しました。
●印刷された部品の品質を確保するために、研究チームは、シングルトラック実験から始まり、分析モデルを段階的に構築し、最終的に印刷の実現可能性マップを構築するための体系的なプロセス最適化フレームワークに従いました。
●さらに、研究チームは有限要素分析（FEA）を利用して、結合ディスコネクトサイクル中に生成されたひずみ値を予測しました。
熱機械テストを通じて、調製されたインターロッキング格子メタマテリアルアセンブリは、結合状態で非常に高いロック力を示し、完全な形状の回復と良好な環状安定性を示していることがわかりました。 FEA予測の精度は、デジタル画像相関（DIC）によってさらに検証されました。光学顕微鏡分析は、印刷された部品が99.9％を超える密度で事実上欠陥がないことを示しており、L-PBFテクノロジーが高品質のNi-Ti合金インターロッキング格子メタマテリアルを効果的に製造できることを示しています。
（b）ほぼ同等の原子スケールのニチノール合金を使用して製造されたPG設計の3Dモデル。
（c）同等のひずみを持つ拡張アンカー（EA）設計ユニット構造の3Dモデリングとシミュレーション。
（d）ほぼ同等のアトミックスケールNi-Tiパウダー3D印刷を使用したEAデザインの3Dモデリング。
アプリケーションの見通し
この新しいテクノロジーは、構造コンポーネントの接続強度と安定性を改善するだけでなく、インテリジェントで適応的な構造の設計に新しい可能性を提供します。たとえば、航空宇宙では、アクティブなインターロック格子メタマテリアルを使用して、再構成可能な車両コンポーネントを設計できます。ロボット工学では、より柔軟で適応性のあるジョイントを提供できます。また、生物医学装置では、体温と体の動きの変化に応じてインプラントと補綴物の状態を調整することができ、患者により良い治療を提供します。
