近日，一組研究人員開發(fā)出了一種新的3D打印方法來創(chuàng)建以響應熱量的可以永久轉換成不同形狀的對象。該團隊通過打印形狀記憶聚合物來創(chuàng)建物體，每層設計成在暴露于熱量時產(chǎn)生不同地反應。
喬治·伍德魯夫機械工程學院教授Jerry Qi表示：“這種新方法通過將機械編程后處理步驟直接納入3D打印過程，大大簡化了4D打印，并增加了其潛力。這允許通過計算機模擬，3D打印設計高分辨率3D打印組件，然后通過簡單的加熱直接快速地轉換成新的永久配置。”
據(jù)悉，研究小組將研究結果發(fā)布在了“科學進步”雜志上。
他們開發(fā)的新3D打印物體遵循團隊使用智能形狀記憶聚合物（SMP）所做的早期工作，這些形狀記憶聚合物（SMP）具有記錄一種形狀的能力，并在應用均勻的熱量時沿鉸鏈折疊，改變?yōu)榱硪环N編程形狀。
“這種方法可以縮短打印時間和節(jié)省材料高達90％，同時完全消除了設計和制造工作流程中耗時的機械編程。”Qi說。
為了演示新過程的能力，該團隊制造了幾個物體，當浸入熱水中時，可以快速彎曲或擴展，包括花瓣彎曲的真實雛菊模仿，如反應陽光的真實雛菊，以及格子狀物體擴大原來規(guī)模的八倍。
新加坡技術與設計大學（SUTD）的博士后研究員Zhen Ding表示：“我們在室溫下的復合材料是一種柔軟的材料，可以被編程為包含內(nèi)部應力，另一種材料是剛性的。”
“我們使用計算模擬來設計復合材料部件，其中剛性材料的形狀和尺寸可以防止3D打印后從軟質材料釋放編程的內(nèi)部應力。加熱時，硬質材料會軟化并使軟材料釋放它的壓力導致產(chǎn)品形狀的變化。”
研究人員說，新的4D物體可以實現(xiàn)一系列新的產(chǎn)品特征，例如允許堆疊扁平或滾動的產(chǎn)品，然后擴大一次使用。最終，該技術可以使得能夠以精確定時的方式響應諸如溫度、濕度或光的刺激的組件來創(chuàng)建空間結構，可部署到醫(yī)療設備、機器人、玩具和其他結構的范圍。
SUD數(shù)字制造總監(jiān)Martin L. Dunn表示：“這項工作的重大進步是4D打印方式，大大簡化，并可以創(chuàng)建高分辨率的、復雜的可3D再編程產(chǎn)品。”
該技術承諾能夠在生物醫(yī)學設備、3D電子產(chǎn)品和消費產(chǎn)品方面實現(xiàn)無數(shù)應用，甚至為產(chǎn)品設計開辟了新的范例，其中組件從服務開始到多個配置。
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