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3D打印新聚合物油墨扩展技术的发展
发布:lee_9124   时间:2017/10/5 17:54:00   阅读:256 
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由研究人员提供的可打印结构在印刷平台上剥离后折叠起来的图片

随着3D打印逐步成为主流技术,工业界和学术界的研究人员一直在研究可印刷的结构,这种结构可以在加热或浸入水时折叠成有用的三维形状。麻省理工学院(MIT)计算机科学和人工智能实验室的研究团队(CSAIL)在《应用材料和界面》中展示一项新的研究:可打印的结构只要剥离印刷平台就会开始折叠起来。

研究人员说,那些没有任何外界刺激的自折叠装置的最大优点之一是可以用更广泛的材料和更精细的结构进行制造。

“如果你想添加印刷电子,你通常会使用到一些有机材料,因为大多数印刷电子依赖于他们。”电气工程和计算机科学论文的第一作者,麻省理工的研究生Subramanian Sundaram解释说。“这些材料对水分和温度非常敏感。所以,如果你有这些电子产品和零件并且想折叠它们,你就不能把它们泡在水里或加热它们,因为那样你的电子产品会退化。”

为了验证这个想法,研究人员建造了一个包括电引线和聚合物像素的自折叠印刷设备原型。当电压施加到透明时,它会从透明变为不透明。Sundaram和他的同事们今年早些时候宣布“打印金甲虫”的装置,开始看起来有点像字母“H”。但H的每一条腿都在不同的方向折叠,形成一个桌面形状。

研究人员还建造了几个不同版本相同的基本铰链设计,表明他们可以控制一个关节折叠的精确角度。在测试中,他们用力把铰链固定在一个重物上,但是当重量去掉后,铰链又恢复原来的褶皱。

在短期内,该技术可以定制传感器、显示器或天线,其功能取决于其3D形状。长远来看,研究人员设想可打印的机器人的可能性更大。

Sundaram通过他的顾问Wojciech Matusik(麻省理工学院(EECS)电气工程和计算机科学副教授)介绍也加入了研究。其他作者包括:Marc Baldo,专门从事有机电子学的副教授;David Kim, Matusik计算技术助理;Ryan Hayward,马萨诸塞大学艾摩斯特分校高分子科学与工程教授。

研究人员设计的关键是设计一个凝固后不寻常的新的打印机墨水材料。大多数打印机墨水材料在固化时会有轻微的收缩,这是一种技术限制,设计人员经常不得不为此工作。

印刷设备是分层的;在他们的原型中,麻省理工学院的研究人员将其膨胀的材料沉积在顶部或底部几层的精确的位置。底层附着在打印机平台上,当层被建立时,粘附足以使设备保持平坦。但是当完成的装置从平台上脱落时,新材料制成的接头开始膨胀,使装置朝相反的方向弯曲。

像许多技术上的突破一样,CSAIL研究人员的发现这个材料是一个意外。由Matusik计算制作组使用打印机的材料是不同的聚合物的组合;混合这些成分是创建具有特殊的物理性能打印机墨水的方法之一。

研究人员在试图开发一种油墨,产生更多的柔性印刷部件的同时无意中发现了一个略有扩大的硬化。他们立刻意识到了扩大聚合物的潜在用途并开始试验混合物的改进,直到他们达成一个配方,让他们建立足够扩大的接缝,将印刷设备对折。

Hayward对本文的贡献是帮助团队解释材料的膨胀。生产最有力的扩张包括由单体丙烯酸异辛酯生成的几个长的聚合物和一个更短的聚合物油墨。当油墨的一层暴露于紫外光或“固化”时,通常用于三维印刷的材料硬化为液态的材料,这些长的聚合物相互连接,形成一个刚性的缠结分子丛。

当材料的另一层第一次沉积时,丙烯酸异辛酯的小链在顶层,液层下沉的较低,更多的是刚性层。它们与较长的聚合物相互作用产生一种膨胀力,这种力与印刷平台的附着力暂时相抵抗。

研究人员希望对材料膨胀的原因有一个更好的理论理解,这将有助于他们设计出适合特定应用的材料,包括能够抵抗固化后许多印刷聚合物典型的1 - 3%收缩材料。


来源:材料科技在线
 
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