美國羅格斯大學開發可根據溫度改變形狀和硬度的4D列印材料

2020-12-14 中國軍網

4月16日,美國《設計新聞》網站報導稱:美國羅格斯大學的研究人員開發的4D列印材料可以在許多應用中根據溫度改變形狀和硬度。該研究團隊由機械和航空航天工程系助理教授豪恩·李(Howon Lee)領導,利用4D列印技術創造了這種柔韌、輕質的材料。研究人員表示,這種材料可用於飛機或無人機機翼、軟機器人和植入式生物醫學設備的設計。

傳統超材料一旦製造出來機械性能和幾何形狀就固定了,4D列印的超材料增加了可調性、可重構性和可部署性。4D列印以增材製造(3D列印)技術為基礎,3D列印將數字模型轉化為物理實體,但4D列印更進一步,使用特殊材料和設計來列印隨環境條件變化而改變形狀的物體。

羅格斯大學團隊在他們的研究中結合了3D列印、形狀記憶聚合物和現有的機械超材料,八位元桁架和開爾文泡沫。4D列印的現狀側重於幾何變換;而羅格斯團隊的4D列印的機械超材料更側重於機械性能可調。

研究人員表示,羅格斯團隊可以利用溫度調整他們的材料,使它們在受到撞擊時保持剛性,或者變得像海綿一樣柔軟來吸收震動。在室溫和90℃之間的溫度條件下,剛度可以調節100倍以上,可以顯著減震。

此外,這些材料可根據需求重新成形,例如暫時變形為任何形狀,然後在加熱時根據需要恢復到原來的形狀。可調材料增加了材料的適應性,適用於對機械性能或幾何形狀有不同要求的工作環境或情況,無需重新設計和製造。它還增加了可部署性等功能,可節省運輸成本或穿越狹窄空間。這些材料的適應性使它們非常適合一系列應用,例如,飛機或無人機機翼,可改變形狀以提高性能;在太空中可伸展的結構,如太陽能電池板;可根據環境和任務變換形狀或剛度的軟機器人。

下一步的研究包括為超材料找到這樣的應用,以及尋找除溫度以外的激勵來激發形狀變化,並開發具有新特性的材料。

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