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利用4D打印技术制造活性复合材料

2014-03-27 14:29
小伊琳
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  美国科罗拉多大学博尔德分校H. Jerry Qi 研究小组给3D 打印技术成功增加了第四个维度,在传统3D 打印的复合材料中加入“形状记忆”聚合物纤维,为制造、包装和生物医学应用领域制备适应性的复合材料创造了可能性。

  研究小组开发并测试了4D打印的方法,通过3D 打印创建初始配置,“形状记忆”纤维的程序动作创建依赖4D方面的配置。下图 1(a)活性复合材料打印过程示意图,喷墨头在托盘上水平移动,在规定位置沉积聚合物油墨的多材料液滴,擦拭成一个光滑的膜,然后用UV 光聚该薄膜,一个膜层完成后,托盘向下移动到打印下一个膜层的位置;图 1(b)为活性复合材料膜层示意图,纤维取向与X 轴方向夹角为θ。

图1

图2

图3

  4D 打印使得材料自组装到三维结构中,最初由美国麻省理工学院Skylar Tibbits于2013年4月提出,并制作出可在水中自组装的“智能”材料。研究小组进一步发展了4D打印的概念,基于不同的物理机制使复合材料可以变身成几个不同的、复杂的形状,使用“形状记忆”聚合物纤维能产生所希望的复合材料形状变化。

  研究小组表明活性复合材料内纤维的方向和位置的高低决定了形状记忆效应,如折叠、卷曲、拉伸或扭转等。研究人员还发现通过加热或冷却能控制活性复合材料的这些效应。

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