ETH Zurich Badacze opracowują nadrukowane struktury polimerowe nośne 4D

Profesor Kristina Shea i doktorantka Tian Chen ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurychu (ETH Zurich), która niedawno wykorzystała druk 3D do opracowania podwodnego miękkiego robota, opublikowali badania, w których wydrukowali 3D programowalny siłownik, który wdraża autonomicznie i zmienia kształt za pomocą zmiany temperatury jako katalizatora. Można tu uzyskać dostęp do badania zatytułowanego "Autonomiczny programowalny element wykonawczy i kształty rekonfigurowalne struktur wykorzystujące bistabilność i polimery z pamięcią kształtu".

"Używanie polimeru z pamięcią kształtu jako kontrolowanego temperaturą źródła energii i bistabilnego mechanizmu siłownik liniowy i wzmacniacz siły, konstrukcje osiągają precyzyjną geometryczną aktywację i mierzalną obciążalność ", wyjaśniają naukowcy. "Proponowana jednostka napędowa integruje te dwa komponenty i jest zaprojektowana do złożenia w większe, nadające się do rozmieszczenia i rekonfigurowalne struktury."

Zadrukowane obiekty 3D zostały zaprogramowane tak, aby stopniowo zmieniać kształt, dostosowując każdy polimer z pamięcią kształtu do innego czas aktywacji. Obiekty zaczęły się jako płaskie powierzchnie, które po aktywacji przekształciły się w piramidę lub hiperboliczny kształt paraboloidalny, demonstrując wieloetapową strukturę. Oba wykazywały zdolność przenoszenia obciążeń podczas aktywacji i działania.

Shea i Chen wykorzystali technologię wieloskładnikowego druku atramentowego 3D do wytwarzania skomplikowanych projektów poprzez selektywne osadzanie fotoreaktywnych ciekłych żywic o różnych sztywnościach i temperaturach zeszklenia. < p> "Łącząc ten polimer z bistabilnym mechanizmem, zwanym kratownicą von Misesa, jesteśmy w stanie zdefiniować dwa różne stany równowagi, które można dokładnie osiągnąć", wyjaśniają naukowcy. "Mechanizmy bistabilne typu Von Mises były wcześniej używane w aktywnych masztach, do pochłaniania energii, a ostatnio do tworzenia struktur rekonfigurowalnych drukowanych w 3D."

Elementy zostały wydrukowane w 3D przy użyciu wielomateriałowej drukarki 3D Stratasys Objet3 Connex500 . Zastosowane materiały to FLX9895, polimer z pamięcią kształtu; RGD525, odporny na temperaturę sztywny plastik; i Agilus30, materiał podobny do elastomeru. Struktury następnie aktywowano za pomocą podgrzanej wody, aby symulować zredukowane środowisko grawitacyjne.

"Rozmieszczenie procedury urządzenia uruchamiającego składa się z dwóch faz; pierwszą fazą jest programowanie i łączenie SMS-ów z bistabilnym mechanizmem "- kontynuują naukowcy. "Drugim jest ograniczone odzyskiwanie wiadomości SMS iw konsekwencji aktywacja siłownika urządzenia. W fazie programowania SMS jest podgrzewany i jest rozciągany lub ściskany o odległość równą długości skoku bistabilnego mechanizmu (ryc. 2b, c). Po zamknięciu SMS jest chłodzony i instalowany w bistabilnym mechanizmie (rys. 2d). Druga faza jest wyzwalana przez podniesienie temperatury poprzedniego siłownika urządzenia (ryc. 2e). W miarę powrotu SMS uruchamia mechanizm bistabilny i osiąga stan wdrożony. Po ochłodzeniu ten aktywowany stan zachowuje się jak sztywna struktura, gdy SMS powraca do swojego stanu szklistego. "

Rezultatem jest obiekt, który płynnie przekształca się z płaskiego stanu w złożony kształt, a co najważniejsze, pokazuje nośne możliwości zarówno podczas wdrażania jak i po wdrożeniu, w przeciwieństwie do wielu innych drukowanych obiektów 4D. Badania mogą potencjalnie zostać wykorzystane w wielu aplikacjach, szczególnie w dziedzinie eksploracji kosmosu.