黑科技！新型復合4D打印材料，光熱刺激下變身為不同形態
魔猴君 行業資訊 3228天前
4D打印是一種革命性的新技術。這一概念準確的說是一種自變形材料，只要受到某些因素的刺激（比如光、熱、電、磁和振動），就能在無需機電設備的情況下自動變形為預設的形狀。之前的4D打印材料多是記憶合金，而現在，這份名單上又加入了一位新成員，它就是最近由匹茲堡大學Swanson工程學院和克萊姆森大學的研究者們聯合開發出的一種全新的復合材料。這種新型4D打印材料是通過將熱敏凝膠與光敏纖維相結合開發出來的，能夠在不同強度光和熱的刺激下多次變形為不同的形狀，有很大的潛力用于柔性機器人和仿生學4D打印自適應設備。
由于能夠自由將不同屬性的材料塑造成具有特定功能的形態，當前火熱的3D打印技術已經成為了制造與設計領域的有力工具。不過大部分由這種技術打造出的物體都只能實現某種單一的功能。于是，在打印成型后也能按需實現多種不同功能就成為了人們對下一代技術的期望，而4D打印正在令這種愿景成為現實。
據中國3D打印第一互動媒體平臺南極熊了解，這種新型復合4D打印材料是由匹茲堡大學化學與石油工程系的教授Anna C. Balazs與克萊姆森大學材料科學工程系的副教授Olga Kuksenok合作開發的。他們開發了一種計算模型，能夠設計合成熱敏聚合物凝膠和光敏纖維。最終的成果 — 復合4D打印材料同時具有很高的可重構性和機械強度，不但可以多次變形為不同形狀，而且在不同的刺激下會表現出不同的反應。
舉例來說，在光線照射下，由這種材料制成的某個樣品會向一個方向彎曲，而受到熱刺激時則會向另一個方向彎曲；另一個樣品在光照下會像毛蟲一樣卷曲，而受到熱刺激則會像手風琴一樣收縮。這就意味著由這種材料制成的單一物體是可以通過編程實現多種不同功能的。
“有了4D打印材料這種變形能力，為實現新應用制造新部件就不再是必需，而這可以大大降低成本，”Balazs教授表示，“目前，研究的任務就是創造出一種全能材料，同時具備足夠的強度和可塑性，又能在面對不止一種刺激時做出不同的反應。”
通過向熱敏凝膠中植入涂有SP涂料的光敏纖維就可以實現這種單一物體面對不同刺激時的多種反應。研究者還表示，通過在纖維上進行SP的局部化，復合材料還能實現只對光線有反應的“隱藏”模式。這種仿生學的刺激響應動作有很大的潛在應用價值，比如用于需要實現多種不同彎曲動作的柔性機器人關節。
目前，兩名研究者已經將相關的研究內容發表到了英國皇家化學學會的學術期刊Materials Horizons上，標題是《融合了光敏纖維與熱敏凝膠的復合材料的多刺激反應行為》。未來的研究會將目標集中到如何實現纖維的自定義排列，從而制造出可做出抓握動作的手形結構。
來源：中國3D打印網
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