4D-печать запрограммировали во времени - Naked ScienceNaked Science
14.04.2017, 12:09
6 минут
Naked Science
21

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
17 октября
5 минут
Илья Ведмеденко

Американские военные намерены получить прототип инновационного орудия в 2023 году.

Вчера, 14:43
4 минуты
Илья Ведмеденко

Организация по изучению НЛО To The Stars Academy of Arts and Science объединяет свои усилия с Сухопутными силами США для изучения таинственных технологий.

Сегодня, 16:15
6 минут
Полина Гершберг

Дельта-волны, которые ранее считались проявлением «молчания мозга», играют важную роль в создании долговременных воспоминаний.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

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