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《3D Print Addit Manuf》:4D打印湿度响应智能结构

《3D Print Addit Manuf》:4D打印湿度响应智能结构

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-03-07 16:51
  • 访问量:

【概要描述】

《3D Print Addit Manuf》:4D打印湿度响应智能结构

【概要描述】

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-03-07 16:51
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2023年2月1日,斯图加特大学的研究人员在《3D Print Additive Manufacturing》上发表题为Codesign of Biobased Cellulose-Filled Filaments and Mesostructures for 4D Printing Humidity Responsive Smart Structures的研究文章,报道了一种4D打印湿度相应智能结构的方案,为利用4D打印和自然资源开发功能性湿度响应智能结构带来了新的可能性。

原文链接:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36852265/

  研究简介  

湿性智能结构指当结构与水接触时,或者当环境中的湿度发生变化时,结构会自动改变形状。湿性智能结构作为产生运动的被动驱动系统具有显著优势,其应用范围涵盖天气响应式建筑表面到自适应可穿戴设备和微型机器人。4D打印技术为此类结构的多尺度制造和物理编程提供了一种可行的方法。然而,在可打印性、响应性和机械性能方面的材料限制是实现可靠且可重复的湿度响应驱动的主要瓶颈。
本研究提出了一种4D打印湿态结构的协同设计方法,结合了(1)具有不同刚度和湿响应性的生物基纤维素填充材料的并行开发,以及(2)在打印元件中设计的中尺度结构。研究人员首先设计了在两种高和低刚度的基质聚合物中以0-30%的质量比复合纤维素粉末生产的纤维托盘。然后介绍了一系列4d打印原型的设计、制造和测试,这些原型可以根据相对湿度(RH)改变形状。结构可以在35-90% RH的条件下完全转变,这与日常和季节性天气周期中自然发生的RH变化相对应。此外,它们的运动速度很快(在几分钟的范围内),完全可逆,并且可以在许多个循环中重复。这些结果为利用4D打印和自然资源开发功能性湿度响应智能结构带来了新的可能性。

  研究内容解读  

图1 4D打印的协同设计。

图2 细观结构设计及相关刀具路径设计参数。

图3 吸湿生物复合纤维和湿度响应3d打印双分子层。

图4 湿度响应孔径原型的形状循环变化。

图5 孔径原型中曲率随时间的变化。

图6 双原型的逐步驱动。

图7双原型的循环驱动。

图8 4d打印智能结构在气候适应性建筑表皮中的应用。

       近期,奇遇科技团队也在4D打印领域有了新的突破,团队联合清华大学深圳研究生院、佛山(华南)新材料研究院,通过4D打印陶瓷智能结构,实现陶瓷结构在一定外部条件下发生可控形状变形。同时,奇遇科技研发的DIW 3D打印机也可应用于液晶弹性体、水凝胶、磁性元件、形状记忆聚合物等的4D打印,通过独家的高效打印引擎,实现智能结构的快速制备。

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