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麻省理工與新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)開(kāi)創(chuàng)3D打印自愈合塑料
童程童美 2016-09-09
關(guān)于自愈合材料的打印,之前,德國(guó)Freiberg的研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出面向未來(lái)的可自行愈合裂隙或恢復(fù)原狀的4D打印技術(shù)。而英國(guó)的Ilika研究出可自愈合的4D打印技術(shù)并獲得215萬(wàn)英鎊的政府資金支持,其中Ilika的CEO來(lái)自于英國(guó)劍橋大學(xué)。值得注意的是,F(xiàn)reiberg以及Ilika研究的領(lǐng)域是金屬打印的范疇。
摘要關(guān)于自愈合材料的打印,之前,德國(guó)Freiberg的研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出面向未來(lái)的可自行愈合裂隙或恢復(fù)原狀的4D打印技術(shù)。而英國(guó)的Ilika研究出可自愈合的4D打印技術(shù)并獲得215萬(wàn)英鎊的政府資金支持,其中Ilika的CEO來(lái)自于英國(guó)劍橋大學(xué)。值得注意的是,F(xiàn)reiberg以及Ilika研究的領(lǐng)域是金屬打印的范疇。
近日,麻省理工和新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)在塑料的3D打印獲得了自愈合方面的進(jìn)展。他們開(kāi)創(chuàng)的3D打印熱響應(yīng)性聚合物材料,能夠記得原來(lái)的形狀,即使被暴露在極端壓力和扭轉(zhuǎn)彎曲成無(wú)用的形狀,只要把對(duì)象放回他們的響應(yīng)溫度下,立即在幾秒鐘內(nèi)回到原來(lái)的形式。
這是一個(gè)巨大的創(chuàng)新,可以使3D打印適用于更廣泛的應(yīng)用。開(kāi)拓性的研究人員已經(jīng)在研究控制藥物輸送和太陽(yáng)能電池板跟蹤解決方案。這一突破性的創(chuàng)新被發(fā)表在Nature雜志上,題目為 《Multimaterial 4D Printing with Tailorable Shape Memory Polymers》 (4D打印多材料形狀記憶聚合物)
該研究小組還包括SUTD助理教授Kevin Ge和羅格斯大學(xué)助理教授Howon Lee(兩人之前都屬于麻省理工學(xué)院)。他們解釋說(shuō),這些4D打印方法可以應(yīng)用于不同尺寸的打印?!拔覀兊姆椒ú粌H使4D打印在微米量級(jí)得以實(shí)現(xiàn),而且也可以應(yīng)用于更大的對(duì)象打印,以獲得更廣泛的商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域所需要的記憶聚合物。這將4D打印推進(jìn)到廣泛的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域,包括生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、航空航天結(jié)構(gòu)件、太陽(yáng)能電池等。”
當(dāng)然,這不是第一次關(guān)于軟、活性材料的探討。除了溫度的刺激,科學(xué)家們還在其他環(huán)境刺激(如熱、光、電)的不同情況進(jìn)行了研究,為生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人和可穿戴式應(yīng)用打開(kāi)了更多可能性。記憶是一種特別有用的特性,因?yàn)樗试S物體在不同的柔軟程度、彈性狀態(tài)下進(jìn)行切換。在這種特殊的情況下,即使室溫也可以“凍結(jié)”這些材料,使之呈現(xiàn)出不同的形狀,而一個(gè)稍高的溫度又可以使這些材料瞬間“彈”回堅(jiān)實(shí)的狀態(tài)。
但通常的3D打印方式并不是制造這些材料的最理想方法,主要影響因素是微觀層面上的精度。在達(dá)到極細(xì)微的打印精度情況下,這些材料可以瞬間恢復(fù)其原始形狀。這就好比一朵花可以在幾毫秒內(nèi)釋放花粉,它只能能夠這樣做,是因?yàn)樗尿?qū)動(dòng)機(jī)制是在微米尺度上的。
研究團(tuán)隊(duì)所使用的3D打印技術(shù)是DLP技術(shù),特別之處在于來(lái)自半導(dǎo)體行業(yè)的高分辨率鏡頭。為了創(chuàng)建理想的形狀記憶材料,他們最終決定將一種長(zhǎng)鏈聚合物,和另一種較硬的聚合物混合打印。固化后的混合材料可以很容易地承受拉伸和彎曲而不破裂。
研究團(tuán)隊(duì)打印的埃菲爾鐵塔可以被拉伸到原來(lái)長(zhǎng)度的三倍,而不斷裂,并在幾秒內(nèi)返回它們的原始形狀。但最實(shí)用的例子是軟機(jī)械手。爪子在溫暖的環(huán)境自動(dòng)關(guān)閉起來(lái),可以拿起一個(gè)小螺栓,甚至還魚蛋和軟豆腐。