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新技术使3D打印对象在加热下改变形状

本文摘要:随着3D打印机技术的发展,研究工作不会转入到一个新的阶段,这只是时间问题。“4D打印机”是最近定义的一个归属于,用作叙述现有3D打印机技术和火星材料科学的构建,以创立可以通过如温度和湿度等环境性刺激转变其配备的打印机组件。对于这些研究,这意味著必须更加密切地将机械编程后处理步骤划入3D打印机过程,以节省时间和材料。 来自佐治亚理工学院、新加坡理工大学和设计学院(SUTD)以及中国西安交通大学的研究人员团队最近研发出有一种新的3D打印机方法,建构出有可以永久转变其形状的物体。

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随着3D打印机技术的发展,研究工作不会转入到一个新的阶段,这只是时间问题。“4D打印机”是最近定义的一个归属于,用作叙述现有3D打印机技术和火星材料科学的构建,以创立可以通过如温度和湿度等环境性刺激转变其配备的打印机组件。对于这些研究,这意味著必须更加密切地将机械编程后处理步骤划入3D打印机过程,以节省时间和材料。

来自佐治亚理工学院、新加坡理工大学和设计学院(SUTD)以及中国西安交通大学的研究人员团队最近研发出有一种新的3D打印机方法,建构出有可以永久转变其形状的物体。用于Stratasys的多材料Objet3D打印机,团队铺设了多层形状记忆聚合物,每层设计出在曝露于热量时有有所不同的反应。

智能形状记忆聚合物(SMP)是一种具备“忘记”形状并在产生均匀分布热量时转变为另一程序形状的材料。为了研究的目的,该团队创立了一个具备花瓣的雏菊模型,其类似于曝露于阳光下的现实花朵,以及可以拓展其完整尺寸八倍的格子状物体。乔治亚理工学院乔治·伍德鲁夫机械工程学院教授JayJerryQi说道:“新工艺将节省添加剂生产过程中的最重要时间和材料,同时避免设计和生产工作中耗时的机械设计。高分辨率3D打印机组件可以通过计算机仿真,3D打印机设计,然后通过非常简单冷却必要较慢转换成新的永久配备。

”“典型的工艺拒绝:1)冷却聚合物;2)将聚合物机械地变构成第二形状;3)减少温度;4)避免外部负荷,”他说道。“聚合物维持在变形的形状(我们称作‘编程形状’)。要完全恢复,只必须再度冷却聚合物,聚合物将完全恢复其完整(永久)形状。在我们的新方法中,只需冷却打印机结构(不必须机械变形),就不会变为新的形状。

”用于新工艺,新的形状保持稳定,在更进一步冷却或加热时会转变。更加有意思的是,根据团队声称,这种新材料可以具备形状记忆效应,但它将以新的形状作为其永久形状。容许高分辨率的3D可反复编程结构的过程将需要构建横跨领域的各种应用于,还包括航空航天、医疗技术和消费产品。甚至有可能容许产品设计中的新范例,其中组件可以同时设计为在服务期间变为多种配备。

Qi博士说道:“对于设计工程师而言,该方法将是设计厚而灵活性结构的理想方式。”“在这里,形状的变化是由于有所不同的材料的摆放,这不是传统设计方法中考虑到的一部分,”他说道。“此外,由于新的形状(冷却后的形状)是永久形状,因此设计必须考虑到3D和4D打印机形状,这也是新的。我们的新方法可以大大节省打印机时间和材料。

”据研究团队回应,准确的数字各不相同结构,但平均值来说,该过程可以节省60%至70%的打印机时间和打印机材料。它还可以为纸盒和运输过程获取令人信服的益处:厚而扁平的物品可以手掌交付给,然后在被冷却以变为更加简单形状的较小结构。医疗应用于也是令人信服的:例如生物医学支架。

Qi博士说道:“我们可以用于我们拓展的晶格设计将结构打印机成管。将管放进血管后,我们可以用于体温或一些外部冷却来部署。

管将明显收缩并维持扩展的形状。未来,研究团队期望对有所不同材料如何获取有所不同(更佳或更坏)的反应有更加了解的理解。他们还计划尝试有所不同的设计,并找寻工业合作者更进一步研究该过程。

据报,该研究结果公开发表在“美国科学理事长出版物”杂志上。研究资金来自于美国空军科学研究办公室、美国国家科学基金会和新加坡国家研究基金会。


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