En process som utvecklats vid Carnegie Mellon University gör att en platt bit plast som produceras i en billig 3-D-skrivare kan anta formen av en ros när den doppas i varmt vatten. Kredit:Carnegie Mellon University
Forskare vid Carnegie Mellon University har använt en billig 3D-skrivare för att producera platta plastföremål som vid uppvärmning, viker sig själva till förutbestämda former, som en ros, en båt eller till och med en kanin.
Foder Yao, biträdande professor vid Human-Computer Interaction Institute och chef för Morphing Matter Lab, sa att dessa självvikbara plastföremål representerar ett första steg mot produkter som plattförpackade möbler som antar sin slutliga form med hjälp av en värmepistol. Nödskydd kan också skickas platt och fällas ihop under solens värme.
Självvikbara material är snabbare och billigare att tillverka än solida 3D-objekt, gör det möjligt att ersätta icke-kritiska delar eller producera prototyper med hjälp av strukturer som approximerar de fasta föremålen. Formar för båtskrov och andra glasfiberprodukter kan tillverkas billigt med dessa material.
Yao kommer att presentera sin grupps forskning om denna metod, som hon kallar Thermorph, vid CHI 2018, konferensen om mänskliga faktorer i datorsystem, 21-26 april i Montreal, Kanada.
Andra forskare har utforskat självvikningsmaterial, men har vanligtvis använt exotiska material eller varit beroende av sofistikerade bearbetningstekniker som inte är allmänt tillgängliga. Yao och hennes forskargrupp kunde skapa en självfällbar struktur genom att använda den billigaste typen av 3D-skrivare-en FDM-skrivare-och genom att dra fördel av warpage, ett vanligt problem med dessa skrivare.
En datorstyrd process som utvecklats vid Carnegie Mellon University gör att platta bitar av plast som produceras i en billig 3-D-skrivare kan anta förutbestämda 3-D-former när de värms upp. Kredit:Carnegie Mellon University
"Vi ville se hur självmontering kunde göras mer demokratiskt — tillgängligt för många användare, " sa Yao.
FDM -skrivare fungerar genom att lägga en kontinuerlig filament av smält termoplast. Dessa material innehåller restspänningar och, när materialet svalnar och stressen avlastas, termoplasten tenderar att dra ihop sig. Detta kan resultera i skeva kanter och ytor.
"Folk hatar warpage, " sa Yao. "Men vi har tagit den här nackdelen och vänt den till vår fördel."
För att skapa självvikbara föremål, hon och hennes team kontrollerar denna process exakt genom att variera hastigheten med vilken termoplastmaterial avsätts och genom att kombinera varpbenägna material med gummiliknande material som motstår kontraktur.
Objekten kommer ut från 3D-skrivaren som platt, hårdplast. När plasten placeras i vatten som är tillräckligt varmt för att göra den mjuk och gummiliknande - men inte tillräckligt varm för att smälta den - utlöses vikningsprocessen.
Även om de använde en 3D-skrivare med standardhårdvara, forskarna ersatte maskinens programvara med öppen källkod med sin egen kod som automatiskt beräknar utskriftshastigheten och de mönster som krävs för att uppnå speciella vikningsvinklar.
"Mjukvaran är baserad på ny kurvvikningsteori som representerar bandrörelser av krökt område. Programvaran baserad på denna teori kan kompilera vilken godtycklig 3D-nätform som helst till ett tillhörande termoplastark på några sekunder utan mänsklig inblandning, " sa Byoungkwon An, en forskningsfilial i HCII.
"Det är svårt att föreställa sig att detta görs manuellt, " sa Yao.
Även om dessa tidiga exempel är i skrivbordsskala, att göra större självvikbara föremål verkar möjligt.
"Vi tror att den allmänna algoritmen och befintliga materialsystem borde göra det möjligt för oss att så småningom göra stora, starka självvikbara föremål, som stolar, båtar eller till och med satelliter, sade Jianzhe Gu, HCII forskarpraktikant.
