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利用4D打印制造出形状可变的结构

2016-08-31 09:27
论恒
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  最近,美国能源部劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)在4D打印领域取得重大突破,该实验室验证了其在创新型增材制造结构研制方面的能力。这种结构能够在受热情况下改变形状,可折叠或打开。LLNL是首个将3D打印和折叠方法与智能导电材料相结合,制造出复杂的结构。

  从本质上讲,4D打印是指3D打印的物体在一些刺激因素(如热、湿度等)的作用下,经过一段时间能够改变其形状或实现自组装的制造方法。虽然该技术目前仍处于初期阶段,但发展很快,并展现了其在航天工业、医疗行业,以及柔性电路和机器人设备制造等领域的应用潜力。

  LLNL的相关研究成果已在英国《科学报告》期刊发表,该期刊属于英国自然出版集团,重点关注高度创新性且对相关学科领域起引领作用的研究成果。文中详细说明了如何采用形状记忆聚合物(或SMPS)和3D打印技术制造箱体、螺旋体和球体。所用材料是利用大豆油、共聚合物以及碳纳米纤维制成的、可编程的、在一定温度下可短暂改变形状的油墨。具体的形状和温度取决于材料的化学组分。当把利用这类材料打印的形状置于一定的环境温度中受热或者与电流接触产生热,它将开始改变形状,然后再变成原始形状。正如文章的第一作者詹妮弗-罗德里格斯解释的那样,“这就像烤蛋糕,在最终完成之前将零件从烤箱中取出,通过聚合物的初始胶凝作用实现零件的折叠或扭曲,从而获得永久性结构。”

  LLNL材料工程部的博士后罗德里格斯表示,该团队正在研究采用的创新型智能材料最终可用于制造极其复杂的、不断变化的零件。如果能够根据不同的配方和变化温度打印出一个零件,并通过加热曲线运行控制,将能够以一种分段形式进行扩展,并且拆分成更为复杂的形式。

  到目前为止,研究小组已利用这种新颖的油墨直写增材制造(direct-ink writing)工艺加工出了大量不同结构,包括:受热时形状能够由弯曲变直的导电装置,受热时能够由折叠变扩展的支架,以及受热时能够打开或关闭的箱体结构。如果技术不断发展进步,4D打印方法甚至可以用来制造可展开的太阳能电池阵列或天线。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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