美国罗格斯大学开发可根据温度改变形状和硬度的4D打印材料

2019-04-29 来源:中国航空报 发布:高端装备产业研究中心

   美国《设计新闻》网站报道称,美国罗格斯大学的研究人员开发的4D打印材料可以在许多应用中根据温度改变形状和硬度。该研究团队由机械和航空航天工程系豪恩·李领导,利用4D打印技术创造了这种柔韧、轻质的材料。研究人员表示,这种材料可用于飞机或无人机机翼、软机器人和植入式生物医学设备的设计。

 

  传统超材料一旦制造出来机械性能和几何形状就固定了,4D打印的超材料增加了可调性、可重构性和可部署性。4D打印以增材制造(3D打印)技术为基础,3D打印将数字模型转化为物理实体,但4D打印更进一步,使用特殊材料和设计来打印随环境条件变化而改变形状的物体。

 

  他们的研究中结合了3D打印、形状记忆聚合物和现有的机械超材料,八位元桁架和开尔文泡沫。4D打印的现状侧重于几何变换;而罗格斯团队的4D打印的机械超材料更侧重于机械性能可调。

 

  研究人员表示,罗格斯团队可以利用温度调整他们的材料,使它们在受到撞击时保持刚性,或者变得像海绵一样柔软来吸收震动。在室温和90℃之间的温度条件下,刚度可以调节100倍以上,可以显著减震。

 

  此外,这些材料可根据需求重新成形,例如,暂时变形为任何形状,然后在加热时根据需要恢复到原来的形状。可调材料增加了材料的适应性,适用于对机械性能或几何形状有不同要求的工作环境或情况,无须重新设计和制造。它还增加了可部署性等功能,可节省运输成本或穿越狭窄空间。这些材料的适应性使它们非常适合一系列应用,例如飞机或无人机机翼,可改变形状以提高性能;在太空中可伸展的结构,如太阳能电池板;可根据环境和任务变换形状或刚度的软机器人。

 

  下一步研究包括为超材料找到这样的应用以及寻找除温度以外的激励来激发形状变化、开发具有新特性的材料。