瑞士科學(xué)家利用熱能在4D打印領(lǐng)域取得進(jìn)展

2017-11-27 10:00:20來(lái)源：3D虎關(guān)鍵詞：4D打印 3D打印材料 3D打印設(shè)備閱讀量：35011

導(dǎo)讀：日前，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院正在進(jìn)行一項(xiàng)4D打印研究，概述了形狀記憶聚合物如何成為生產(chǎn)適應(yīng)性材料的催化劑，這種材料在加熱時(shí)也能恢復(fù)到原來(lái)的形狀。

　　【中國(guó)智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】日前，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院正在進(jìn)行一項(xiàng)4D打印研究，概述了形狀記憶聚合物如何成為生產(chǎn)適應(yīng)性材料的催化劑，這種材料在加熱時(shí)也能恢復(fù)到原來(lái)的形狀。4D打印在無(wú)法手動(dòng)實(shí)現(xiàn)配置更改以及機(jī)電驅(qū)動(dòng)不可行的應(yīng)用中具有很大的潛力。

　　隨著科學(xué)家將研究范圍擴(kuò)大到創(chuàng)造對(duì)研究有幫助的物品和材料，對(duì)4D打印的興趣不斷增長(zhǎng)，這是因?yàn)樗鼈冞m應(yīng)周圍的環(huán)境，經(jīng)常變化，然后又回到它們的原始形式。

　　現(xiàn)在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Marius Wagner、Tian Chen和Kristina Shea進(jìn)行的一項(xiàng)研究概述了形狀記憶聚合物如何成為生產(chǎn)適應(yīng)性材料的催化劑，這種材料在加熱時(shí)也能恢復(fù)到原來(lái)的形狀。他們的研究解釋他們?nèi)绾问褂靡韵聝?nèi)容：

　　3D打印

　　熱粘彈性超材料

　　可編程設(shè)計(jì)

　　科學(xué)家們用這種新方法表明，這些材料不僅可以適應(yīng)和恢復(fù)，而且可以表現(xiàn)出高達(dá)百分之二百的變化。這一切都是在“大型變形4D輔助結(jié)構(gòu)”文章中解釋的。文章解釋了由于熱激活變化而引起的復(fù)雜幾何形狀的變化。這些3D打印拉脹超材料基于通過(guò)實(shí)驗(yàn)表征獲得的熱粘彈性材料性質(zhì)擴(kuò)展到4D領(lǐng)域。據(jù)科學(xué)家們說(shuō)，4D打印允許時(shí)間作為第四維。

　　研究人員在他們的論文中指出：“4D打印在無(wú)法手動(dòng)實(shí)現(xiàn)配置更改以及機(jī)電驅(qū)動(dòng)不可行的應(yīng)用中具有很大的潛力，例如在航空和醫(yī)療領(lǐng)域。另外，4D設(shè)計(jì)還具有體積和支撐減少的優(yōu)勢(shì)。”

　　其他研究人員在過(guò)去的項(xiàng)目中進(jìn)行了這樣的實(shí)驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)仔細(xì)檢查了這些問(wèn)題，并決定實(shí)施可以“平鋪形成活動(dòng)結(jié)構(gòu)”的材料，通過(guò)編程可以創(chuàng)建更的設(shè)計(jì)，并將重點(diǎn)放在更簡(jiǎn)化的程序上。

　　“為了簡(jiǎn)化制造過(guò)程，所提出的超材料由單一材料組成。它們可以用廉價(jià)的噴墨打印工藝并使用市售材料制造。這也擴(kuò)大了為各種應(yīng)用制造4D設(shè)計(jì)的潛力。”該小組在論文中表示。

　　科學(xué)家使用Stratasys Objet500 Connex3 3D打印機(jī)來(lái)制作必要的超材料，用VeroWhitePlus RGD835制造。他們測(cè)試了四個(gè)不同的參數(shù)：

　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg；

　　完全松弛的模量；

　　熱膨脹系數(shù)(CTE)；

　　不同溫度下儲(chǔ)能模量的頻率掃描；

　　然后進(jìn)行三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)以測(cè)試形狀記憶，并與使用相同材料的模型進(jìn)行比較。據(jù)研究人員介紹，在有限元模擬中，溫度被用作樣品溫度輸入。

　　“為了模擬超材料，我們使用來(lái)自熱粘彈性材料表征實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整粘彈性本構(gòu)模型。三點(diǎn)彎曲測(cè)試顯示模型的準(zhǔn)確性。為了減少計(jì)算量，構(gòu)建了簡(jiǎn)化梁模型來(lái)預(yù)測(cè)復(fù)雜活性結(jié)構(gòu)的力和變形。為了證明這些超材料可以符合一個(gè)給定的邊界，一個(gè)基于字母的結(jié)構(gòu)被制造并編程成圓形。仿真結(jié)果證實(shí)了這種行為，”研究人員總結(jié)說(shuō)。

　　(原標(biāo)題：瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院：研究人員利用熱能在4D打印方面取得突破)

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