发展革命性的可逆四维打印技术

索鹏青
导读想象一下,你的窗帘不用动一根手指就能自动打开或关闭。可逆4-D打印技术可以让这些“智能窗帘”成真。它不使用任何传感器或电子设备,而是...

想象一下,你的窗帘不用动一根手指就能自动打开或关闭。可逆4-D打印技术可以让这些“智能窗帘”成真。它不使用任何传感器或电子设备,而是依靠一天中不断变化的热量来改变窗帘的形状。

四维打印本质上是指3d打印随时间改变物体形状的能力。例如,就可逆性而言,对象可以恢复到其原始形状。但是,要将它变回原来的形状,通常需要手动拉伸或拉动物体,既费力又费时。

近年来,可逆4-D打印的研究取得了一些成功的突破,即无需人工干预就能使物体恢复到原来的形状。可逆4-D打印通常需要使用水凝胶作为刺激。由于缺乏机械强度,水凝胶在承重应用中有一些限制。同时,其他研究工作使用不同的材料层作为水凝胶的替代品,这只会使可逆驱动过程更加复杂。

为了应对这些挑战,新加坡科技大学和南洋理工大学的研究人员合作开发了无需水凝胶或人机交互的可逆4-D打印。他们的论文发表在《工程学》杂志上。

本研究中仅使用了两种材料,VeroWhitePlus和TangoBlackPlus。与水凝胶相比,这两种材料更容易获得,更适合在3d polyjet打印机上打印。研究人员还在他们的论文中证明,材料可以在驾驶过程中和驾驶后保持相当大的机械强度。

使用乙醇来溶胀弹性体,而不是水凝胶的溶胀效应,这将对过渡材料产生应力。加热时,过渡材料将其形状变为第二种形状。在从弹性体中干燥乙醇后,加热的过渡材料再次恢复其原始形状,因为由于干燥后储存的弹性,弹性体可以拉回过渡材料。

弹性体在这一过程中起着双重作用,在计划阶段诱导应力,在恢复阶段储存材料的弹性能量。当材料恢复到其原始形状时,该过程被证明比手动拉伸或挤压更精确。虽然这种方法还处于起步阶段,但这种突破性的发展可能会为未来的印刷提供更多的机制和材料。

“虽然可逆4-D打印本身是一个很大的进步,但能够使用更强大的材料,同时确保形状变化过程中更精确的反转,这是革命性的,因为它允许我们生产复杂的结构,这是通过传统制造不容易实现的。”依靠环境条件而不是电力,它代表了不同行业的游戏改变者,彻底改变了我们设计、创造、包装和运输产品的方式。'

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