來自喬治亞理工學院和其他兩個機構的一組研究人員開發(fā)了一種新的3D打印方法，用于制造可以對熱做出反應而永久地轉換成一系列不同形狀的物體。

這個包括來自新加坡科技設計大學（SUTD）和中國西安交通大學的研究人員的團隊，通過打印形狀記憶高分子層來制作物體，這些高分子層的每一層在被加熱的時候反應都不一樣。

“通過將機械編程后處理步驟直接合并到3D打印過程中，這種新方法大大簡化過程和增加了4D打印的潛力，”Jerry Qi說，“這使得佐治亞理工學院的高分辨率三維打印部件可以通過計算機模擬，用3D打印來制作，然后通過簡單的加熱直接快速地使其變成新的永久的形狀。”

圖片:170412155112_1_540x360.jpg

這項研究發(fā)表在了4月12日的《科學進步》雜志上，這是美國科學促進協(xié)會的一份出版物。這項工作由美國空軍科研辦公室，美國國家科學基金會資助，并獲得了新加坡國家研究基金會通過SUTD DManD中心進行的資助。

他們對這些新的3D打印物體的開發(fā)使用了該工作團隊以前完成的工作——使用智能形狀記憶聚合物（SMP），這些聚合物可以記住一個形狀并在被均勻加熱時變化成另一個預先設計好的形狀，從而使得物體可以沿著鉸鏈將自己折疊起來。

“這種方法可以在打印時間和打印材料方面節(jié)省高達百分之九十，同時完全消除了設計和制造流程中耗時的機械編程，”Qi說。

為了說明該新工藝的能力，團隊制作了幾個在進入熱水時可以迅速彎曲或張開的物體——包括一朵花瓣可以像真正的雛菊一樣對陽光做出反應而彎曲的花，還有一個能擴大到其原始尺寸近八倍的晶格狀物體。

“我們的復合材料含有一種在室溫下的軟質(zhì)材料，可以通過程序來使其具有內(nèi)部應力，而其他的材料是硬的，”新加坡科技設計大學博士后研究員Zhen Ding說。“我們使用計算模擬來設計復合材料的零件，其中剛性材料的形狀和尺寸可以在3D打印后防止軟質(zhì)材料釋放程序植入的內(nèi)應力。加熱后，硬材料軟化，使得軟材料能夠釋放其應力，而這會導致在產(chǎn)品形狀發(fā)生改變——而這種變化通常是非常巨大的。

這種新的四維物體可以使一系列新的產(chǎn)品功能成為可能，比如可以在運輸過程中平放或卷起來，然后在使用時展開一次的的產(chǎn)品，研究人員說。最終，該技術可以使組件能夠以精確的定時方式來對溫度，濕度或光等刺激做出相應，以制造空間結構，可內(nèi)置的醫(yī)療設備，機器人，玩具和其他很多結構。

“這項工作的主要進展是一個大大簡化了的四維印刷方法，其使得我們能夠制造高分辨率的三維復雜可編程產(chǎn)品”新加坡科技設計大學的Martin L. Dunn教授說，他同時也是新加坡科技設計大學數(shù)字制造和設計中心主任。“它有望使生物醫(yī)學設備，三維電子產(chǎn)品，消費產(chǎn)品等領域的無數(shù)應用成為可能。它甚至為產(chǎn)品設計打開了一扇新的大門，在這里，組件一開始被設計好，以使其在使用過程中產(chǎn)生多種配置。