På senare år har 3D-utskrift har öppnat intressanta nya möjligheter för storskalig produktion av elektroniska komponenter, såväl som av en mängd andra föremål. För detta ändamål, forskarlag över hela världen har försökt skapa material och strukturer som lätt kan ändra form, eftersom dessa kan vara särskilt användbara för 3D-utskriftstillämpningar.

Även om många av de programmerbara och formskiftande materialen som utvecklats hittills har visat sig vara lovande för 3D-utskrift, de är ofta inte mekaniskt robusta. Detta gör dem unika för utskrift av föremål som tål mycket vikt eller påfrestningar.

För att övervinna denna begränsning, forskare vid Georgia Institute of Technology, Peking University och Beijing Institute of Technology har nyligen föreslagit ett nytt formformande materialsystem som också är mekaniskt robust. Detta nya material, skapas genom förångning av en flyktig komponent som inte har reagerat fullt ut, presenterades i en tidning publicerad i ACS tillämpade material och gränssnitt . Huvudförfattarna till denna artikel är Qiang Zhang och Xiao Kuang.

"I våra tidigare verk, vi använde gråskala digital ljusbearbetning (gDLP) utskrift för att skapa formformande strukturer och bläckstråleutskrift för att realisera direkt 4-D-utskrift, "Jerry Qi, en av forskarna som genomförde studien, berättade för TechXplore. "Dock, fann vi att 4-D-utskrift av snabb, on-demand formtransformerande och mekaniskt robusta strukturer förblev en betydande utmaning."

Med inspiration från sina tidigare forskningsrön, Qi och hans kollegor utarbetade en förflyktigande-inducerad formformningsmekanism och använde den för att skapa ett nytt materialsystem för gDLP-utskrift, innehållande en reaktiv och flyktiggörande komponent. När den har använts för att skriva ut ett givet objekt, materialet kan snabbt ändra sin form, genom direkt förångning av den kvarvarande monomeren vid förhöjda temperaturer.

"Genom att kontrollera distributionen av voxelerade krympenheter som möjliggörs av gDLP-utskrift, vi kunde åstadkomma on-demand och komplexa formförändringar, " sa Qi. "Efter formomvandling, vi introducerade ett efterfotohärdningssteg för att förbättra strukturernas mekaniska egenskaper avsevärt."

För att skapa det nya materialet som presenterades i deras senaste papper, forskarna lade till ett mycket reaktivt och förflyktigande material till en typ av bläck som vanligtvis används i 3D-utskriftsapplikationer. Bläcket stelnade sedan med användning av UV-ljus. Intressant, den resulterande fasta strukturen kan sedan omvandlas till en mängd nya konfigurationer, helt enkelt genom att värma den.

"De strukturer som transformerats med den metod vi utvecklade kan sedan förbättras ytterligare mekaniskt genom ytterligare bearbetning med UV-ljus, " Sa Qi. "Vi utvecklade en mångsidig metod för att få tillgång till snabba formföränderliga strukturer med robusta mekaniska egenskaper till en låg kostnad, som driver 4-D-utskrift ett steg längre för praktiska tillämpningar."

Materialet som introducerats av Qi och hans kollegor har många fördelar jämfört med andra formskiftande material för 3D-utskrift som introducerats tidigare. Mest anmärkningsvärt, det möjliggör skapandet av system som kan ändra sin form på begäran, snabbt och med hög precision.

Dessutom, föremål eller tekniska komponenter som är tryckta med detta nya material är mekaniskt robusta, vilket gör att de inte lika lätt skadas av tunga föremål eller andra yttre krafter. I framtiden, materialet och trycktekniken som Qi och hans kollegor har utarbetat kan möjliggöra 3D- och 4D-utskrift av många olika föremål, inklusive konstnärliga föremål, smarta enheter, utplacerbar elektronik, och smarta optiska enheter.

"Våra planer för framtida forskning inkluderar att tillverka formförändrande strukturer av mycket större storlekar och integrera formförändring med flera andra funktioner, såsom flexibel elektronik och optik, att tillverka smarta enheter, inklusive frekvensavstämbar antenn, och självvikbar RFID, sa Qi.

© 2020 Science X Network