14.04.2017
Редакция Naked Science

4D-печать запрограммировали во времени

Исследователи из США, Китая и Сингапура разработали новый метод 4D-печати — изготовления объектов с поведением, запрограммированным во времени.

rob-felt-1
©Wikipedia

В настоящее время способностью восстанавливать геометрию обладают материалы с памятью формы. Это свойство связано с микроструктурой: так, если нитиноловая проволока, зерна которой имеют вытянутую форму, будет закалена в виде спирали и затем распрямлена, зерна подвергнутся деформации. Однако при последующем нагревании зерна вытянутся, и сплав восстановит форму. Помимо металлов в роли таких материалов могут выступать вещества на полимерной основе. По сравнению со сплавами они лучше подходят для прототипирования и печати, тем не менее, необходимость проведения отдельной закалки ограничивает их использование.

 

Чтобы восполнить пробел, сотрудники Сингапурского университета технологии и дизайна, Технологического института Джорджии и Сианьского транспортного университета объединили печать объекта и восстановление его формы в одну стадию. Авторы использовали коммерческий 3D-принтер Objet Connex. С его помощью на первых этапах они производили двухслойные полимерные полосы, первый слой которых составлял эластомер, способный растягиваться и возвращаться в исходное состояние. В качестве второго слоя выступил полимер с памятью формы, сохраняющий упругость при комнатной температуре.

 

Примеры запрограммированных деформаций / ©Zhen Ding et al. / Science Advances, 2017

 

Нагревание полосы приводило к ее частичному сворачиванию. На структурном уровне это происходило следующим образом. При помещении материала в тепло его слои расширялись из-за различия коэффициентов температурного расширения. В то же время более упругий слой с памятью формы ограничивал деформацию объекта. Впоследствии, при достижении температурной отметки в 45 градусов Цельсия, упругость второго слоя значительно снижается, и полоса изгибается. При температуре 60 градусов Цельсия коэффициенты выравниваются, останавливая деформацию. При этом охлаждение материала позволяло сохранить новую форму, а при 62 градусах Цельсия и более — «перепрограммировать» ее вручную.

 

Угол изгиба полос исследователи контролировали с помощью разных условий печати второго слоя. По мере увеличения времени обработки каждого из 30-микронных слоев полимера ультрафиолетовым излучением показатель изгиба повышался. Для симуляции более сложного поведения ученые сочетали слои в разном порядке, например, меняя их местами. Таким образом им удалось добиться программируемого превращения полимерной полосы в спираль и извилистую линию. Конструкции с большим количеством слоев также можно было запрограммировать на значительное расширение с появлением «сетки» или трехмерные «купола».

 

По словам специалистов, попытка напечатать подобные объекты с помощью традиционных методов более трудоемка. Вместе с тем разработка едва ли найдет применение в «мягкой робототехнике», поскольку после нагревания многослойный полимер фиксирует новую форму без возможности восстановления. Метод может использоваться, например, в медицине — для восстановления просветов в органах и сосудах. Расширению материала будет способствовать тепло организма.

 

Подробности работы опубликованы в журнале Science Advnces.

 

О перспективной технологии 4D-печати ранее сообщали исследователи из Массачусетского технологического института. С ее помощью они предложили производить одежду, которая способна деформироваться в ответ на средовые влияния.

 

Видеосюжет об исследовании / ©New Scientist

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 12:32
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

20 октября
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

Позавчера, 16:51
Мария Осетрова

Не претендуя на абсолютную точность, новая численная оценка открывает дополнительные возможности для экспериментальной проверки.

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

20 октября
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: