研究人員開發出改變3D打印對象形狀的新3D打印方法

近日，一組研究人員開發出了一種新的3D打印方法來創建以響應熱量的可以永久轉換成不同形狀的對象。該團隊通過打印形狀記憶聚合物來創建物體，每層設計成在暴露於熱量時產生不同地反應。

喬治·伍德魯夫機械工程學院教授Jerry Qi表示：“這種新方法通過將機械編程後處理步驟直接納入3D打印過程，大大簡化了4D打印，並增加了其潛力。這允許通過計算機模擬，3D打印設計高分辨率3D打印組件，然後通過簡單的加熱直接快速地轉換成新的永久配置。”

據悉，研究小組將研究結果發布在了“科學進步”雜誌上。

他們開發的新3D打印物體遵循團隊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，並在應用均勻的熱量時沿鉸鏈折疊，改變為另一種編程形狀。

“這種方法可以縮短打印時間和節省材料高達90％，同時完全消除了設計和製造工作流程中耗時的機械編程。”Qi說。

為了演示新過程的能力，該團隊製造了幾個物體，當浸入熱水中時，可以快速彎曲或擴展，包括花瓣彎曲的真實雛菊模仿，如反應陽光的真實雛菊，以及格子狀物體擴大原來規模的八倍。

新加坡技術與設計大學（SUTD）的博士後研究員Zhen Ding表示：“我們在室溫下的複合材料是一種柔軟的材料，可以被編程為包含內部應力，另一種材料是剛性的。”

“我們使用計算模擬來設計複合材料部件，其中剛性材料的形狀和尺寸可以防止3D打印後從軟質材料釋放編程的內部應力。加熱時，硬質材料會軟化並使軟材料釋放它的壓力導致產品形狀的變化。”

研究人員說，新的4D物體可以實現一係列新的產品特征，例如允許堆疊扁平或滾動的產品，然後擴大一次使用。最終，該技術可以使得能夠以精確定時的方式響應諸如溫度、濕度或光的刺激的組件來創建空間結構，可部署到醫療設備、機器人、玩具和其他結構的範圍。

SUD數字製造總監Martin L. Dunn表示：“這項工作的重大進步是4D打印方式，大大簡化，並可以創建高分辨率的、複雜的可3D再編程產品。”

該技術承諾能夠在生物醫學設備、3D電子產品和消費產品方麵實現無數應用，甚至為產品設計開辟了新的範例，其中組件從服務開始到多個配置。

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