3D打印方兴未艾。4D印刷为制造业打开了一扇新的大门

作者:拉萨有立式机床加   来源:拉萨市机床加工厂   时间:2020-06-30 12:47

最近,来自佐治亚理工学院、拉萨机床加工厂、新加坡科技设计大学和中国Xi交通大学的研究人员使用多材料3D打印机打印形状记忆聚合物层来构建物体。这些聚合物层受热时反射不同。这种新风格大大简化了工艺,增加了4D印刷的潜力,甚至为产品设计打开了一扇新的大门。佐治亚理工学院的多材质3D打印机建造了一个格子,当加热时,可能会永远膨胀到原来宽度的八倍。来自佐治亚理工学院和另外两个机构的一组研究人员开发了一种新的3D打印方法,用于制作能够对热作出反应并永久转换成一系列变形物体的物体。这个团队包括来自中国科技大学和Xi交通大学的研究人员,他们通过印刷形状记忆聚合物层来建造物体,每一层加热时都会产生不同的共振。“通过将机械编程的后处理步骤直接结合到3D打印过程中,这种新风格极大地简化了过程,并增加了4D打印的潜力,”Jerry Qi说。“这使得佐治亚理工学院的高分辨率3D打印组件有可能通过计算机模拟使用3D打印来构建,然后通过精细加热直接快速地将其转换成新的永久形状。”这项研究发表在4月12日的《科学提高》杂志上,这是美国科学促进协会的一份出版物。这项工作由美国空军研究办公室和美国国家科学基金会资助,并由新加坡国家研究基金会通过萨德曼中心提供支持。他们利用之前由——团队使用智能形状记忆聚合物(SMP)完成的工作,开发了这些新的3D打印物体,当平均加热时,这些智能形状记忆聚合物可以记住一种形状并改变成另一种预先设计的形状,这样物体就可以沿着铰链折叠起来。“这种风格可以节省高达90%的印刷时间和印刷材料,同时完全消除了设计和制造过程中耗时的机械编程,”齐说。为了说明这一新过程的能力,该团队制作了几个物体——,这些物体在进入热水时可以快速弯曲或膨胀,包括一朵花瓣可以像真正的雏菊一样随着阳光而弯曲的花,以及一个可以膨胀到其原始尺寸近八倍的格子物体。“我们的复合材料在室温下含有一种柔软的材料,这种材料在加工过程中会受到内应力的作用,而其他材料是坚硬的,”新加坡科技大学设计系的博士后研究员甄丁说。“我们使用计算模拟来设计复合材料组件,其中刚性材料的形状和尺寸可能会阻止软材料释放3D打印后植入轨道的内应力。加热后,硬材料软化,使得软材料可以释放其应力,这可以导致产品形状——的变化,这通常是非常复杂的。研究人员说,这种新的四维物体可以实现一系列新的产品功能,比如产品可以在运输过程中平放或卷起,然后在使用过程中展开。最后,该技术使组件能够准确、及时地对温度、湿度或光线等刺激做出反应,从而创造出空间结构、医疗设备、机器人、玩具和许多其他可内置的组织。”新加坡科技设计大学的马丁邓恩教授说:“这项工作的第一个发展是大大简化了的4-d印刷形式,这使我们能够制造高分辨率的3-d复杂可编程产品。”它有望使生物医学设备、三维电子产品和消费品的众多应用成为可能。它甚至为产品设计打开了一扇新的大门,所有组件都经过设计,以便在使用过程中进行各种设置。