4D-печать запрограммировали во времени — Naked Science
14.04.2017
6 минут
Редакция
163

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

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, 15:01
25 минут
Александр Березин

Недавняя научная работа предрекла серьезную эпидемию коронавируса 2019-nCoV. Согласно ей, 95% зараженных еще не зарегистрированы властями, а значит, через пару недель в одной Ухани будут сотни тысяч заболевших. При наблюдаемой смертности от вируса в 2,36% — это многие тысячи погибших. На самом деле, новая работа скорее «ловит хайп» или, если угодно, пытается держать мир настороже, чем описывает реальную эпидемию. Последние данные по заразности коронавируса показывают: он действительно неблестяще передается от человека к человеку. Для эпидемии в Китае этого достаточно, но большое число жертв за пределами этой страны маловероятно. Выясняем почему.

Вчера, 13:05
3 минуты
Полина Гершберг

Ученые создали информационную панель, показывающую распространение китайского коронавируса по миру в режиме реального времени. Данные вносятся из подтвержденных источников — это поможет бороться с дезинформацией.

Позавчера, 13:56
4 минуты
Илья Ведмеденко

Американские военные пришли к выводу, что новейший эсминец можно эксплуатировать в условиях больших волн. Безопасность корабля в значительной степени объясняется его конструкцией, обеспечивающей малозаметность.

25 января
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности игры 2012 года.

24 января
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

26 января
26 минут
Александр Березин

Земная атмосфера 2,7 миллиарда лет назад состояла в основном из углекислого газа — и было его там до тысячи раз больше, чем сегодня. При этом азота почти не было, хотя сегодня его в воздухе 78%. Выходит, наша газовая оболочка по составу была близка к марсианской. Как ни странно, эти дела давно минувших дней актуальны для ответа на вопрос о будущем выживании человечества. Похоже, предсказание Стивена Хокинга о гибели всего живого из-за превращения Земли в Венеру не сбудется. Разбираемся, почему так и как одно связано с другим.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

25 января
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности игры 2012 года.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: