新的3D打印方法可以创建变形对象

来自佐治亚理工学院和其他两个机构的一组研究人员开发了一种新的三维打印方法，用于创建可以根据热量永久转换为各种形状的物体。

该团队包括来自新加坡科技与设计大学(SUTD)和中国西安交通大学的研究人员，他们通过印刷形状记忆聚合物层来创建物体，每层都设计成在受热时有不同的反应。

“这种新方法通过将机械编程后处理步骤直接纳入3D打印过程，大大简化并增加了4-D打印的潜力，”George W. Woodruff机械工程学院教授Jerry Qi说。在乔治亚理工学院 “这使得高分辨率3D打印组件可以通过计算机模拟，3D打印设计，然后通过简单加热直接快速转换为新的永久性配置。”

这项研究于4月12日在美国科学促进会出版物“ 科学进展 ”杂志上发表。这项工作由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通过SUTD DManD中心资助。

他们开发新的3-D印刷对象遵循团队使用智能形状记忆聚合物(SMP)所做的早期工作，这些聚合物能够记住一种形状并在施加均匀热量时改变为另一种编程形状，以制造物体。可以沿着铰链折叠自己。

“这种方法可以节省高达90%的打印时间和材料，同时完全消除了设计和制造工作流程中耗时的机械编程，”Qi说。

为了展示新工艺的能力，该团队制作了几个可以在浸入热水时快速弯曲或膨胀的物体 - 包括一个花朵模型，花瓣像真正的雏菊一样弯曲，响应阳光和格子状的物体，可以扩大近原来的八倍。

“我们的复合材料在室温下有一种柔软的材料，但可编程为包含内应力，而另一种材料则很硬，”新加坡科技与设计大学博士后研究员Zhen Ding说。“我们使用计算机模拟来设计复合材料部件，其中刚性材料的形状和尺寸可防止在3D打印后从软材料中释放编程的内应力。加热时，刚性材料会软化并允许软材料释放它的压力导致了产品形状的变化 - 通常是戏剧性的变化。“

研究人员说，新的4-D物体可以实现一系列新产品功能，例如允许产品可以堆叠成扁平或卷起来运输，然后在使用时扩展。最终，该技术可以使组件能够以精确定时的方式响应温度，湿度或光线等刺激，从而创建空间结构，可部署的医疗设备，机器人，玩具和其他一系列结构。

“这项工作的关键进展是一种大大简化的4-D打印方法，可以创建高分辨率的复杂3-D可重编程产品，”新加坡科技与设计大学教授Martin L. Dunn表示。也是SUTD数字制造和设计中心的主管。“它有望在生物医学设备，3D电子产品和消费产品中实现无数应用。它甚至为产品设计的新范例打开了大门，其中组件从一开始就设计为在服务期间采用多种配置。”

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