Et nyt materiale til at printe mekanisk robuste og formskiftende strukturer

I de seneste år, 3-D print har åbnet interessante nye muligheder for storskala produktion af elektroniske komponenter, samt af en række andre genstande. Til denne ende, forskerhold verden over har forsøgt at skabe materialer og strukturer, der nemt kan ændre form, da disse kunne være særligt nyttige til 3D-printapplikationer.

Selvom mange af de programmerbare og formskiftende materialer, der er udviklet indtil videre, har vist sig at være lovende til 3-D-print, de er ofte ikke mekanisk robuste. Dette gør dem enestående til udskrivning af genstande, der er modstandsdygtige over for meget vægt eller belastning.

For at overvinde denne begrænsning, forskere ved Georgia Institute of Technology, Peking University og Beijing Institute of Technology har for nylig foreslået et nyt formformende materialesystem, der også er mekanisk robust. Dette nye materiale, dannet ved fordampning af en flygtig komponent, der ikke har reageret fuldt ud, blev præsenteret i et papir udgivet i ACS anvendte materialer og grænseflader . Hovedforfatterne af dette papir er Qiang Zhang og Xiao Kuang.

"I vores tidligere værker, vi brugte gråskala digital lysbehandling (gDLP) print til at skabe form-morphing strukturer og inkjet print til at realisere direkte 4-D print, "Jerry Qi, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Imidlertid, vi fandt ud af, at 4-D udskrivning af hurtig, on-demand formtransformerende og mekanisk robuste strukturer forblev en betydelig udfordring."

Med inspiration fra deres tidligere forskningsresultater, Qi og hans kolleger udtænkte en fordampnings-induceret form-morphing-mekanisme og brugte den til at skabe et nyt materialesystem til gDLP-udskrivning, indeholdende en reaktiv og flygtiggørende komponent. Når det er brugt til at udskrive et givet objekt, materialet kan hurtigt ændre sin form, gennem den direkte fordampning af den resterende monomer ved forhøjede temperaturer.

"Ved at kontrollere distributionen af ​​voxelerede krympeenheder aktiveret af gDLP-udskrivning, vi var i stand til at opnå on-demand og kompleks formændring, " sagde Qi. "Efter formtransformation, vi introducerede et post-foto hærdningstrin for at forbedre strukturernes mekaniske egenskaber væsentligt."

For at skabe det nye materiale præsenteret i deres seneste papir, forskerne tilføjede et meget reaktivt og flygtiggørende materiale til en type blæk, der almindeligvis bruges i 3-D-printapplikationer. Blækket blev derefter størknet under anvendelse af UV-lys. Interessant nok, den resulterende faste struktur kan derefter omdannes til en række nye konfigurationer, blot ved at varme den op.

"De strukturer, der er transformeret ved hjælp af den metode, vi udviklede, kan derefter forbedres yderligere mekanisk via yderligere behandling ved hjælp af UV-lys, " sagde Qi. "Vi udviklede en alsidig metode til at få adgang til hurtige formændrende strukturer med robuste mekaniske egenskaber til en lav pris, som skubber 4-D-printning et skridt videre til praktiske anvendelser."

Materialet introduceret af Qi og hans kolleger har adskillige fordele i forhold til andre formskiftende materialer til 3-D-print, introduceret i fortiden. Især, det gør det muligt at skabe systemer, der kan ændre deres form efter behov, hurtigt og med høj præcision.

Ud over, genstande eller teknologiske komponenter, der er trykt med dette nye materiale, er mekanisk robuste, hvilket betyder, at de ikke så let bliver beskadiget af tunge genstande eller andre ydre kræfter. I fremtiden, materialet og printteknikken udviklet af Qi og hans kolleger kunne muliggøre 3-D og 4-D printning af adskillige forskellige emner, herunder kunstneriske genstande, smarte enheder, deployerbar elektronik, og smarte optiske enheder.

"Vores planer for fremtidig forskning omfatter fremstilling af formændrende strukturer af meget større størrelser og integration af formændring med flere andre funktioner, såsom fleksibel elektronik og optik, at fremstille smarte enheder, inklusive frekvens-tunerbar antenne, og selvfoldende RFID, " sagde Qi.

© 2020 Science X Network