Origami, 3D-udskrivning smelter sammen for at lave komplekse strukturer i ét skud

Ved at fusionere den gamle origami -kunst med det 21. århundredes teknologi, forskere har skabt en et-trins tilgang til fremstilling af komplekse origami-strukturer, hvis lette vægt, udvidelsesmuligheder, og styrke kunne have anvendelser inden for alt fra biomedicinsk udstyr til udstyr, der bruges til rumforskning. Indtil nu, at lave sådanne strukturer har involveret flere trin, mere end ét materiale, og samling fra mindre dele.

"Det, vi har her, er beviset på konceptet for et integreret system til fremstilling af kompleks origami. Det har enorme potentielle applikationer, "sagde Glaucio H. Paulino, Raymond Allen Jones -formand og professor ved School of Civil and Environmental Engineering ved Georgia Institute of Technology og en leder inden for det voksende område inden for origami -teknik, eller ved hjælp af principperne for origami, matematik og geometri til at lave nyttige ting. Sidste efterår blev Georgia Tech det første universitet i landet, der tilbød et kursus i origami -teknik, som Paulino lærte.

Forskerne brugte en relativt ny form for 3-D-udskrivning kaldet Digital Light Processing (DLP) til at skabe banebrydende origami-strukturer, der ikke kun er i stand til at holde en betydelig vægt, men også kan foldes og foldes gentagne gange i en handling, der ligner det langsomme skub og træk af en harmonika. Da Paulino første gang rapporterede disse strukturer, eller "rør med lynlås, "i 2015, de var lavet af papir og krævede limning. I det aktuelle arbejde, lynlåsrørene - og komplekse strukturer lavet af dem - er sammensat af en plastik (en polymer) og kræver ikke samling.

Arbejdet blev rapporteret i en nylig udgave af Soft Matter , et tidsskrift udgivet af Royal Society of Chemistry. De primære forfattere er Paulino; H. Jerry Qi, Woodruff -fakultetets stipendiat i Georgia Tech's George W. Woodruff School of Mechanical Engineering; og Daining Fang fra Peking University og Beijing Institute of Technology. Andre forfattere er Zeang Zhao, en gæstestuderende ved Georgia Tech nu på Peking University; Qiang Zhang fra Peking University; og Xiao Kuang og Jiangtao Wu fra Georgia Tech.

En ny teknologi

Der findes mange forskellige typer 3D-udskrivningsteknologier. Det mest kendte, inkjet, har eksisteret i omkring 20 år. Men indtil nu, det har været svært at oprette 3D-trykte strukturer med de indviklede hule funktioner, der er forbundet med kompleks origami, fordi det er udfordrende at fjerne de understøttende materialer, der er nødvendige for at udskrive disse strukturer. Yderligere, i modsætning til papir, de 3D-trykte materialer kunne ikke foldes adskillige gange uden at gå i stykker.

Indtast DLP og lidt kreativ teknik. Ifølge Qi, en leder inden for det nye felt, der samarbejder med Fangs gruppe på Peking University, DLP har været i laboratoriet i et stykke tid, men kommercialiseringen begyndte først for omkring fem år siden. I modsætning til andre 3D-udskrivningsteknikker, det skaber strukturer ved at printe successive lag af en flydende harpiks, der derefter hærdes, eller hærdet, ved ultraviolet lys.

For det aktuelle arbejde, forskerne udviklede først en ny harpiks, der, når helbredt, er meget stærk. "Vi ønskede et materiale, der ikke kun er blødt, men kan også foldes hundredvis af gange uden at gå i stykker, "sagde Qi. Harpiksen, på tur, er nøglen til et lige så vigtigt element i arbejdet:små hængsler. Disse hængsler, der forekommer langs de folder, hvor origami -strukturen folder sig, tillade foldning, fordi de er lavet af et tyndere lag harpiks end de større paneler, som de er en del af. (Panelerne udgør hovedparten af ​​strukturen.)

Sammen fungerede den nye harpiks og hængsler. Holdet brugte DLP til at skabe flere origami -strukturer lige fra de individuelle origamiceller, som rørene med lynlås består af til en kompleks bro, der består af mange rør med lynlås. Alle blev udsat for test, der viste, at de ikke kun var i stand til at bære omkring 100 gange vægten af ​​origami -strukturen, men kunne også gentagne gange foldes og foldes ud uden at gå i stykker. "Jeg har et stykke, som jeg trykte for omkring seks måneder siden, som jeg demonstrerer for folk hele tiden, og det er stadig fint, "sagde Qi.

Hvad er det næste?

Hvad er det næste? Blandt andet, Qi arbejder på at gøre udskrivningen endnu lettere, samtidig med at den undersøger måder at udskrive materialer med forskellige egenskaber på. I mellemtiden, Paulinos team har for nylig skabt et nyt origami -mønster på computeren, som han er begejstret for, men som han ikke har været i stand til fysisk at lave, fordi det er så komplekst. "Jeg tror, ​​at det nye system kunne bringe det til live, " han sagde.