Forskeren skaber 3D-trykt multimateriale med programmeret stivhed

En ny metode til 3-D-udskrivning i mikroskala indeholder harpiksblanding in situ, levering og ombytning, og et robotmateriale -rensningssystem, der gør det muligt at skifte mellem materialer med forskellig modul, eller fleksibilitet, uden krydskontaminering mellem ejendomme.

Metoden, kaldet multimateriale programmerbar additiv fremstilling med integreret harpikslevering, findes i tidsskriftet Videnskabelige rapporter . Teknologien kan være nyttig i forskellige applikationer, herunder flyvingekonstruktioner, beskyttende belægninger, energiabsorbering, aktivering, fleksibel rustning, kunstige muskler, og mikrorobotik.

Xiaoyu "Rayne" Zheng, en assisterende professor i maskinteknik ved Ingeniørhøjskolen og medlem af Macromolecules Innovation Institute, sagde, at produktionssystemet i mikroskala kan opskaleres til centimeters niveauer og derover.

"Vi bruger denne nye teknik til at skabe materialer med programmeret stivhed, "sagde Zheng." Grundlæggende, du kan programmere, hvor modulet er fordelt i 3-D. Med denne programmering kan vi opnå morphing -evne - at strække og deformere i forskellige retninger. "

Med normalt materiale, strækning i en retning får materialet til at krympe i den modsatte retning. Den nye patenterede proces og design giver designere mulighed for at oprette meget specifikke modulfordelinger inden for en konstruktion for at muliggøre programmeret morphing - hvor programmeret ekspansion eller krympning kan forekomme i hele materialelegemet.

"Teknikken er en robotbaseret additiv fremstilling, et integreret fluidsystem, der giver os mulighed for at levere forskelligt blæk [harpiks] som råstof, "Zheng sagde." Processen er også selvrensende, så der ikke er krydskontaminering mellem trykfarver. "

Ideelt set, Zheng sagde, 3D-printteknologi vil gerne være på et sted, hvor en funktionel enhed kan udskrives med flere materialer uden overdreven konstruktion, såsom værktøj, limning, montering, eller svejsning.

"At nå dette mål kræver, at vi lægger en række forskellige materialegenskaber i en enkelt platform og forbinder dem. Den ekstra grad af materialedesignfrihed giver os mulighed for at opnå negative, positive til nul morphing-stammer uden at ændre 3-D mikroarkitekturen af ​​et materiale, "Forklarede Zheng.

Eksisterende 3D-printteknikker har begrænsede muligheder for at inkorporere flere materialer, med udfordringen at skabe virkelig tredimensionelle, komplekse arkitekturer med mikroskalaopløsninger. I modsætning til traditionelle 3D-trykte materialer af et lignende grundmateriale, multimaterialemetamaterialer kan have varierende stivhed fordelt overalt-fra en blød elastomer til en stiv sprød inden for 3D-gitterrammen.

"Vi forestiller os, at disse programmerbare morphing -materialekoncepter finder anvendelser i retningsbestemte stamforstærkninger, aktiveringer, fleksibel elektronik, og designet af lette metamaterialer med skræddersyet stivhed og sejhed, "Zheng sagde." Det nye materialedesignrum, der tilbydes ved hurtig fremstilling af forskellige materialekomponenter fordelt inden for en mikro-gitterarkitektur, åbner nye dimensioner for 3D-udskrivning af multimaterialer med en stor grad af stivhedsvariation. "