科学家创造了承载能力和可预测的4D打印物体

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3D打印现在已经有三十多年了,越来越多的研究人员正在展望下一个合乎逻辑的步骤:“4D打印”是随着时间的推移,3D打印对象的热门科学术语。不仅是任何随机的转换,4D打印是如此创新,正是因为它的设计参数。结构被预编程以特别响应于刺激。

尽管4D打印材料(如形状记忆合金和电活性聚合物)已经铺路了一段时间,但瑞士苏黎世联邦理工学院(苏黎世苏黎世联邦理工学院)的科学家们一直在进一步推动这一领域。

苏黎世苏黎世工程设计与计算实验室负责人克里斯蒂娜·谢(Kristina Shea)教授已经开始开发可以折叠成三维物体的平板组件,以及承重4D打印物体。

第一位研究人员创建了这种重量级的4D打印对象,Shea和她的实验室集团特别关注于完善施工原理,允许他们控制物体的变形 - 直到三通。

Shea集团的博士生田晨说:“我们生产的平板结构不会随机改变配置,而是完全按照我们设计的方式。”

ETH苏黎世团队围绕致动元件设计两种可能的状态:收回或延伸。单个元素只能承担这两种潜在状态中的一种(即元素可以缩回或扩展),研究人员可以预测结构将最终假设的稳定的4D形式。

另外,正在开发一种模拟软件,它将允许Shea准确地预测必须用于产生所需变形的形状和力。然后可以相应地设计对象。

图片来源:苏黎世苏黎世/田陈

苏黎世苏黎世工业集团使用最先进的多材料3D打印机制造其结构。虽然该系统允许以多达40种不同的材料进行打印,但Shea及其团队制造的物体只使用两种:一种包含大部分结构的刚性聚合物和用于运动部件的弹性聚合物。令人惊讶的是,所有零件都印在一个单一的步骤中。

“4D打印有几个优点,”Shea解释说,“在一个单一步骤中,用刚性和弹性部分打印平面初始形状是高效的。生产三维物体或将其从不同的部件组装起来要复杂得多,耗时很多。“

可能的应用是开放式的:航空航天是一个可行的选择,但苏黎世科技大学的科学家们也在研究通风系统,开启和关闭阀门的机制,或医疗应用如支架。

目前,Shea和她的团队正在手动重新配置这些结构,但是他们已经在开发一种扩展结构以应对温度的驱动器。开发组还报告说,可能用压缩空气或湿度来控制4D打印物体。

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