MIT新型4D打印技术

近日,来自麻省理工学院和新加坡科技与设计大学的研究人员们开发出了一种新的4D打印技术,可以让打印出来的物体在几秒钟之内,由一种形状自动转变成另外一种形状,而其中只需改变一点环境的温度即可。

所谓的4D打印比传统的3D打印引入了一个新的维度:时间,指的就是物体外形随着时间流逝,按照期望的路径发生改变。

其实4D打印技术并不是新鲜玩意儿,只要是具有形状记忆功能的材料都会在特定外界刺激条件下发生形变,即所谓的获得一个外界触发器。但是,这个新技术的特点是形变速度极快,只需几秒钟的时间,而且使用的记忆材料可以承受巨大形变。

你一发烧,药物就自动释放出来

研究这项技术的主要团队成员包括SUTD大学的葛锜教授、MIT纳米光电与3D纳米制造实验室的方绚莱教授、罗格斯大学HowonLee教授及其他来自SUTD大学和佐治亚理工学院的研究人员。相关论文已经在8月8日发表于在线科学杂志《ScientificReports》上。

以下是该4D打印技术展示的样品,这个小型的埃菲尔铁塔在常温下是弯曲的,但是在稍微受热之后,几秒钟之内就恢复到了原来的形状。

4D打印、快速形变、温度触发器,这些特性使得该项技术将在太阳能、医学和太空等领域具有广泛的应用。比如,制作出一个软性驱动器,调节太阳能电池板与太阳光线的角度;或者制作微型药物胶囊。

方绚莱教授说道:我们最终是想利用人体温度作为触发器。如果我们恰当地对这些聚合物进行设计,就可以制作出一种药物传送载体。而只有当人发烧、体温上升的时候,里面的药物才能被释放出来。

研究团队还设计出了一个小爪子,他们先把小爪子打开,然后将其周围空气温度升至40C,然后小爪子就迅速收缩,抓住了下面的物件。

更特别地是,小爪子还十分温柔,可以灵敏地抓起鱼卵,甚至是豆腐等物体。

关键:微立体光刻+新型复合材料

其实很多研究人员曾试图用3d打印机制作出形状记忆物体,但是由于制作过程还停留在毫米的水平,所以就限制了材料恢复的速度。

方绚莱教授的这种技术里,使用了高分辨率投影的微立体光刻技术,在微米级的水平上进行物体的设计,这种技术使得材料的恢复速度变得极快。

方绚莱教授说道:事实是,如果你能够在更微小的水平上制作,那么这些材料就会在几秒内快速恢复。以自然界的花朵为例,一朵花可以在几毫秒的时间内释放出所有的花粉,这是因为它的触发机制是在微米量级上发生的。

与此同时,研究人员也一直在寻找理想的聚合物组合,来做出一种形状记忆材料,以适应其光刻图案。他们选中了两种聚合物,一种形状像是弯弯曲曲的意大利面,另一种交错纵横,像是建筑工地上的脚手架。他们将两种聚合物混合在一起,所形成的新材料可以承受巨大的拉伸和扭曲,而不会损坏。

这种新型复合材料的特点是:可以承受巨大的形变,可拉伸至原有形状的3倍,这比现存的任何可打印材料的变形程度都要大。

更重要的是,新材料可以弹回至原来的形状,即刚从打印机里出来时的形状。当它暴露在40-180C温度下时,能在几秒内利索地恢复原形。

方绚莱教授表示:如果能将整个制作过程降至更小的量级,我们或许能够将恢复时间缩短至几毫秒。

智能界中国智能科技聚合推荐平台,秉承引领未来智能生活的理念,专注报道智能家居、可穿戴设备、智能医疗、机器人、3D打印、智能汽车等诸多科技前沿领域。聚合品牌宣传、代理招商、产品评测、原创视频、FM电台与试用众测,深入智能硬件行业,全平台多维度为用户及厂商提供服务,致力成为中国最具影响力的智能硬件聚合推荐平台。

关键词:MIT4D打印