4D-печать запрограммировали во времени

Исследователи из америки, Сингапура и Китая создали новый способ 4D-печати — изготовления объектов с поведением, запрограммированным во времени.

На данный момент свойством восстанавливать геометрию владеют материалы с памятью формы. Это свойство связано с микроструктурой: так, в случае если нитиноловая проволока, зерна которой имеют вытянутую форму, будет закалена в виде спирали и после этого распрямлена, зерна подвергнутся деформации. Но при последующем нагревании зерна растянутся, и сплав вернёт форму. Кроме металлов в роли таких материалов смогут выступать вещества на полимерной базе.

По сравнению со сплавами они лучше подходят для прототипирования и печати, однако, необходимость проведения отдельной закалки ограничивает их применение.

Дабы восполнить пробел, сотрудники дизайна и Сингапурского университета технологии, Технологического университета Джорджии и Сианьского транспортного университета объединили восстановление и печать объекта его формы в одну стадию. Авторы применяли коммерческий 3D-принтер Objet Connex. С его помощью на первых этапах они создавали двухслойные полимерные полосы, первый слой которых составлял эластомер, талантливый 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. Одновременно с этим более упругий слой с памятью формы ограничивал деформацию объекта.

Потом, при достижении температурной отметки в 45 градусов Цельсия, упругость второго слоя существенно понижается, и полоса изгибается. При температуре 60 градусов Цельсия коэффициенты выравниваются, останавливая деформацию. Наряду с этим охлаждение материала разрешало сохранить новую форму, а при 62 градусах Цельсия и более — «перепрограммировать» ее вручную.

Угол изгиба полос исследователи осуществляли контроль посредством различных условий печати второго слоя. По мере повышения времени обработки каждого из 30-микронных слоев полимера ультрафиолетовым излучением показатель изгиба увеличивался. Для симуляции более сложного поведения ученые сочетали слои в различном порядке, к примеру, меняя их местами.

Так им удалось добиться программируемого превращения полимерной полосы в извилистую линию и спираль. Конструкции с громадным числом слоев кроме этого возможно было запрограммировать на большое расширение с возникновением «сетки» либо трехмерные «купола».

По словам экспертов, попытка напечатать подобные объекты посредством классических способов более трудоемка. Вместе с тем разработка чуть ли отыщет использование в «мягкой робототехнике», потому, что по окончании нагревания многослойный полимер фиксирует новую форму без возможности восстановления. Способ может употребляться, к примеру, в медицине — для восстановления просветов в сосудах и органах.

Расширению материала будет содействовать тепло организма.

Подробности работы размещены в издании Science Advnces.

О перспективной технологии 4D-печати ранее информировали исследователи из Массачусетского технологического университета. С ее помощью они внесли предложение создавать одежду, которая способна деформироваться в ответ на средовые влияния.

Видеосюжет об изучении / ©New Scientist

Случайные записи:

• Нейрофизиологи нашли выключатель жажды в мозге мыши
• Clip-air — и самолет и поезд полвека спустя

4D printed structures remember shape

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Новая наночастица позволяет отслеживать высвобождение химиопрепарата в режиме реального времени

  Инженеры-химики из Университета Нового Южного Уэльса (University of New South кожный покров, UNSW), Австралия, синтезировали наночастицы оксида железа, в…

• Ученый из ирана заявил, что изобрел машину времени

  Иранский предприниматель объявил, что создал машину времени, которая разрешит человеку перемещаться на 8 лет в будущее. Али Разеги (Ali Razeghi), ученый…

• Модернизация атомно-силового микроскопа позволила наблюдать за деятельностью нейронов практически в реальном времени

  Исследователи из Университета нейробиологии Макса Планка (Max Planck Florida Institute for Neuroscience) и университета Канадзавы (Kanazawa University),…

• Крупнейший некрополь римского времени в польше

  Археологи приступают к лабораторным изучениям останков и находок из многокультурного могильника Карчин. Наибольший некрополь римского времени на…