4D打印机结合四种3D打印技术,制作可变形电子元件

国际金属加工网 2018年03月27日

2018年3月24日,南极熊获悉,佐治亚理工学院的研究人员开发出了一种4D打印机,可以同时创建软、硬材质的部件,并将导电线直接安装到形状可改变的3D打印结构中。

H.JerryQi博士在美国化学学会第255届全国会议和展览会上发表讲话,向专家观众介绍了这款新型4D打印机(一种能够打印变形结构的多技术3D打印机),以及如何能够加速在航空航天医药和其他行业中使用4D打印。

这种不寻常的新型3D/4D打印机据称可以制造自组装结构,在受到热量和其他刺激后可以改变形状。打印机可以特别有价值,因为它能够一次打印多种材料。

Qi表示:“我们正在开发新一代设备,可以大大拓展3D和4D打印的实际应用。我们的原型打印机集成了许多功能,似乎可以简化和加速传统3D打印中使用的流程。”

就该打印机的应用而言,佐治亚理工学院将这一标准设定得很高,称打印在机器上的物品可能会跨越多个学科转变许多流程。

“我们可以使用各种材料同时制造坚硬和柔软的部件,将导电线直接结合到形状改变的结构中,并最终为开发可重塑我们世界的大量4D产品开创了舞台”Qi博士说。

我们实际上在去年写了关于这项研究的早期阶段,当时Qi博士和同事开始与新加坡科技与设计大学(SUTD)和中国西安交通大学的研究人员合作。

他们在ScienceAdvances上发表的最初4D打印研究展示了如何将“机械编程后处理步骤”直接结合到3D打印过程中,从而允许创建3D打印物体,通过加热将其转化为新物体。

今天,这项研究已经走过了一段很长的路,研究人员正在接近完善一台可操作的4D打印机,该打印机将4种独特的3D打印技术整合到一台机器中。

这些技术是气溶胶,喷墨,直接墨水书写和熔融沉积(FDM),并且凭借这些多种3D打印功能,4D打印机可以处理各种材料,包括硬质和弹性材料,如水凝胶,银纳米颗粒-基于液体的导电油墨,液晶弹性体和形状记忆聚合物或SMP。

这些SMP是变形四维打印过程的关键要素,可以编程为“记忆”形状,然后在加热时转换成预先设定的形状。

此外,这款多功能3D打印机可以投射一系列白色,灰色或黑色的光线,以形成并固化组件。研究人员说,这种灰度照明触发了一种“交联反应”,可以改变组件的行为。

例如,较亮的灯罩可以创建较硬的部分,而较暗的灯罩可以产生较柔软的部分。通过结合固化设置,3D打印物体可以制作成与结构的其他部分不同的弯曲或拉伸。

为了使这些4D打印物体更具功能性,3D打印机甚至可以使用其直接墨水写入打印头将零件中的电线布线。

该团队目前正在与亚特兰大儿童医疗保健部门合作,研究是否可以使用4D打印技术为患有畸形手臂的儿童打印假手。

“只有一小部分孩子有这种情况,所以没有很多商业利益,大多数保险不包括这笔费用,”Qi博士说。“但这些孩子在日常生活中遇到很多挑战,我们希望我们的新型4D打印机能够帮助他们克服这些困难。”

我们期待看到这种4D打印技术如何发展。


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