ExpandFab

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ExpandFab

　ExpandFab は熱によって膨らみ，巨大化するオブジェクトのファブリケーション手法である．この手法のもとで、生き物の形状に造形されたオブジェクトは高温環境下に置かれることで，まるで生命を宿したかごとく蠢き，形状を変化させてゆく．この表現を可能にするのは，熱膨張性マイクロカプセルと呼ばれるパウダーと，パウダーをまとめ上げ基材となる粘着剤である．この2種類のマテリアルを混ぜ合わせることで，3Dプリントによる造形後の物体の膨張変形が可能になる．
　本プロジェクトは，4Dプリンティングの領域にサイズの拡大という新たなパラメータを付与することで，実用性や表現性への寄与を行う．本技術は熱膨張によって任意のタイミングで拡大するオブジェクトを作成することができる．小さい体積で作成し輸送することで，輸送コストの軽減に貢献する．また，局所的に異なる膨張率の材料を付与することで，等倍変化のみならず，事前とは異なる形状へと変化をプログラム可能である．
　必要な時に，必要な形・大きさへと適応的に変化するオブジェクトの創出と応用領域の開拓へとつなげる.

ExpandFab is a method of creating objects that expand and become massive when heated. With this method, objects in the shape of living things are subjected to high temperatures that cause them to wiggle and change shape as if they were alive.

This expression is made possible by two materials: a powder called a thermally expansive microcapsule and an elastic adhesive that acts as a medium to hold the powder together. By mixing these two materials together, it is possible to create an extended deformation of the object after it has been processed by 3D printing.

This project adds a new parameter of size expansion to the realm of 4D printing, which will contribute to its practicality and expressiveness. For example, it is possible to create objects that expand at any given time through thermal expansion. Creating and transporting small volumes helps to reduce transportation costs. Also, by applying materials with different expansion rates locally, it is possible to program not only an isometric change but also a change to a different shape from the previous one.

We believe that this technology opens up a field of application for objects that can adaptively change their shape and size according to their needs.

マテリアル
　ExpandFabの特性は熱膨張性マイクロカプセルと呼ばれるパウダーと，パウダーをまとめ上げ基材となる粘着剤である．この2種類のマテリアルを混ぜ合わせることで，この性質を持ったオブジェクトを作成することができる．
この膨張の度合いは，使用するパウダーの量を調整することによってコントロールすることができ，最大で2.7倍に膨張するオブジェクトを作成することができる．

造形手法
　型を用いた造形だけでなく，本プロジェクトでは，UV硬化とエアーディスペンサーを用いた3Dプリント技術の開発に取り組んだ．この3Dプリントの技術を使用し，膨張率の異なるマテリアルを組み合わせることによって，膨張拡大しかつ形状を変化させることができるオブジェクトを作成することができる．膨張による変化のシミュレーションを行うためのソフトウェアの提案も同時に行なった．これによって，まず小さなオブジェクトを3Dプリントし，それをプログラム可能な形でより大きなスケールに拡大させることが可能になった．

Material
The feature of ExpandFab is enabled by two materials, the powder called heat-expandable microcapsules and an elastic adhesive bond that works as a medium putting together the powder. By mixing these two materials, we can make a composite that has a potential for heat expansion. The degree of expansion can be controlled by adjusting the amount of powder used, resulting in the creation of objects that expand at maximum to approximately 2.7 times of their original size.

Fabrication
In addition to moulding, we built a 3D printing method using UV curing and air dispensers. By using this 3D printing method and combining materials with different expansion rates, it is possible to create an object that can expand and change its shape. We also proposed software to simulate the shape change of the heated object. These efforts enable us to 3D print a small object first, and then expand it to a larger scale in a programmable manner.

http://xlab.iii.u-tokyo.ac.jp/projects/expandfab/

https://youtu.be/pwI83IlvCwk

https://kaimomo1ruka7.wixsite.com/openorigin

開元宏樹：東京大学大学院学際情報学府博士課程
山岡潤一：慶應義塾大学大学院メディアデザイン研究科専任講師
中丸啓：東京大学大学院情報学環客員研究員　
川原圭博：東京大学大学院工学系研究科教授
筧康明：東京大学大学院情報学環准教授

開元宏樹 (Hiroki Kaimoto)
山岡潤一 (Junichi Yamaoka)
中丸啓 (Satoshi Nakamaru)
川原圭博(Yoshihiro Kawahara)
筧康明 (Yasuaki Kakehi)

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