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(yīng)熱量的可以永久轉(zhuǎn)換成不同形狀的對(duì)象。該團(tuán)隊(duì)通過打印形狀記憶聚合物來創(chuàng)建物體，每層設(shè)計(jì)成在暴露于熱量時(shí)產(chǎn)生不同地反應(yīng)。

喬治·伍德魯夫機(jī)械工程學(xué)院教授Jerry Qi表示：“這種新方法通過將機(jī)械編程后處理步驟直接納入3D打印過程，大大簡(jiǎn)化了4D打印，并增加了其潛力。這允許通過計(jì)算機(jī)模擬，3D打印設(shè)計(jì)高分辨率3D打印組件，然后通過簡(jiǎn)單的加熱直接快速地轉(zhuǎn)換成新的永久配置。”

據(jù)悉，研究小組將研究結(jié)果發(fā)布在了“科學(xué)進(jìn)步”雜志上。

他們開發(fā)的新3D打印物體遵循團(tuán)隊(duì)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(yīng)用均勻的熱量時(shí)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(shí)間和節(jié)省材料高達(dá)90％，同時(shí)完全消除了設(shè)計(jì)和制造工作流程中耗時(shí)的機(jī)械編程。”Qi說。

為了演示新過程的能力，該團(tuán)隊(duì)制造了幾個(gè)物體，當(dāng)浸入熱水中時(shí)，可以快速彎曲或擴(kuò)展，包括花瓣彎曲的真實(shí)雛菊模仿，如反應(yīng)陽光的真實(shí)雛菊，以及格子狀物體擴(kuò)大原來規(guī)模的八倍。

新加坡技術(shù)與設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）的博士后研究員Zhen Ding表示：“我們?cè)谑覝叵碌膹?fù)合材料是一種柔軟的材料，可以被編程為包含內(nèi)部應(yīng)力，另一種材料是剛性的。”

“我們使用計(jì)算模擬來設(shè)計(jì)復(fù)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(zhì)材料釋放編程的內(nèi)部應(yīng)力。加熱時(shí)，硬質(zhì)材料會(huì)軟化并使軟材料釋放它的壓力導(dǎo)致產(chǎn)品形狀的變化。”

研究人員說，新的4D物體可以實(shí)現(xiàn)一系列新的產(chǎn)品特征，例如允許堆疊扁平或滾動(dòng)的產(chǎn)品，然后擴(kuò)大一次使用。最終，該技術(shù)可以使得能夠以精確定時(shí)的方式響應(yīng)諸如溫度、濕度或光的刺激的組件來創(chuàng)建空間結(jié)構(gòu)，可部署到醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人、玩具和其他結(jié)構(gòu)的范圍。

SUD數(shù)字制造總監(jiān)Martin L. Dunn表示：“這項(xiàng)工作的重大進(jìn)步是4D打印方式，大大簡(jiǎn)化，并可以創(chuàng)建高分辨率的、復(fù)雜的可3D再編程產(chǎn)品。”

該技術(shù)承諾能夠在生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、3D電子產(chǎn)品和消費(fèi)產(chǎn)品方面實(shí)現(xiàn)無數(shù)應(yīng)用，甚至為產(chǎn)品設(shè)計(jì)開辟了新的范例，其中組件從服務(wù)開始到多個(gè)配置。

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