Forskere bruger lys til fjernstyring af krumning af plast

Forskere ved North Carolina State University har udviklet en teknik, der bruger lys til at få todimensionale (2-D) plastark til at kurve ind i tredimensionelle (3-D) strukturer, såsom kugler, rør eller skåle.

Forskuddet bygger på tidligere arbejde fra det samme forskerhold, som fokuserede på selvfoldende 3D-strukturer. Det centrale fremskridt her er, at plasten i stedet for at have plastfolden langs skarpe linjer - til polygonale former som terninger eller pyramider - bøjer og kurver.

Forskere Michael Dickey, professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State, og Jan Genzer, S. Frank og Doris Culberson Fremtrædende Professor i samme afdeling, var tidlige ledere inden for selvfoldende 3D-strukturer. I deres skelsættende papir fra 2011, forskerne skitserede en teknik, hvor en konventionel inkjetprinter bruges til at udskrive kraftige sorte streger på et forspændt plastark. Plastfolien blev derefter skåret i et ønsket mønster og anbragt under et infrarødt lys, såsom en varmelampe.

De trykte linjer absorberede mere energi fra det infrarøde lys end resten af ​​materialet, får plasten til at varme op og trække sig sammen-hvilket skaber et hængsel, der foldede arkene i 3D-former. Ved at variere bredden på de udskrevne linjer, eller hængsler, forskerne var i stand til at ændre, hvor langt - og hvor hurtigt - hvert hængsel folder. Teknikken er kompatibel med kommercielle trykningsteknikker, såsom skærmudskrivning, rulle-til-rulle udskrivning, og inkjetudskrivning, der er billige og har en høj kapacitet, men i sagens natur 2-D.

Men nu bruger de en lignende tilgang til at opnå et helt andet resultat.

"Ved at kontrollere antallet af linjer og fordelingen af ​​blæk på overfladen af ​​materialet, vi kan producere et hvilket som helst antal buede former, "siger Dickey, co-tilsvarende forfatter til et papir om de selvbøjende plast. "Alle former bruger den samme mængde blæk; det er simpelthen et spørgsmål om, hvor blækket påføres plasten."

"Vores arbejde var inspireret af naturen, fordi naturlige former sjældent indeholder skarpe folder, i stedet vælger krumning, "siger Amber Hubbard, en ph.d.-studerende ved NC State og medlederforfatter af papiret. "Og det fandt vi ud af, for at lave funktionelle objekter, vi havde ofte brug for at bruge en kombination af buede og foldede former.

"Andre forskere har udviklet teknikker til at skabe selvbøjede materialer, men de gjorde dette ved hjælp af bløde materialer, såsom hydrogeler, "Tilføjer Hubbard." Vores arbejde er det første forsøg på at opnå det samme ved hjælp af termoplast - som er stærkere og stivere end de bløde materialer. Det gør dem mere attraktive til brug i nogle praktiske handlinger, såsom at gribe fat i et objekt. "

"De materialer, vi arbejder med, holder også deres form, selv efter at lyset er fjernet, "siger Russell Mailen, en ph.d.-studerende ved NC State og medlederforfatter af papiret. "Det er en fordel, fordi bløde materialer kun ændrer form, når de udsættes for et opløsningsmiddel, og når de først er fjernet fra opløsningsmidlet, mister de deres form. "

Forskerne har også udviklet en beregningsmodel, der kan bruges til at forudsige den 3D-form, der vil blive produceret af et givet udskrivningsmønster.

"Et af vores mål er at finjustere denne model, som Mailen udviklede, "Genzer, co-tilsvarende forfatter, stater. "Ultimativt, vi vil gerne kunne indtaste en ønsket 3-D-form i modellen og få den til at skabe et mønster, som vi kan udskrive og producere. "

Papiret, "Kontrollerbar krumning fra plane polymerark som reaktion på lys, "er udgivet i Royal Society of Chemistry Journal Soft Matter og blev valgt af tidsskriftet til at blive vist på forsiden.