Laboratorium maak 4D druk meer praktiese

Sagte robotte en biomediese inplantings wat die funksionaliteit hulself op aanvraag is nader aan die werklikheid met 'n metode om shapeshifting materiaal te druk.

Rafael Verduzco en nagraadse student Morgan Barnes van Rice se Brown Skool vir Ingenieurswese ontwikkel 'n metode om voorwerpe wat gemanipuleer kan word op alternatiewe vorme aan te neem wanneer blootgestel aan veranderinge in temperatuur, elektriese stroom of spanning te druk.

Die navorsers dink van hierdie as reaktiewe 4D druk. Hulle werk verskyn in die American Chemical Society joernaal ACS Toegepaste Materiale en Interfaces.

Hulle eerste gerapporteer hul vermoë om besig strukture maak in 'n vorm in 2018. Maar met behulp van dieselfde chemie vir 3D druk beperkte strukture te vorm wat sit in die dieselfde vlak. Dit beteken geen stampe of ander komplekse krommingen kan geprogrammeer word as die alternatiewe vorm.

Oorwinning van daardie begrensing om die drukproses ontkoppel van vorming is 'n belangrike stap in die rigting van meer bruikbare materiaal, het gesê Verduzco.

"Hierdie materiaal, een keer vervaardigde, sal vorm selfstandig te verander," het Verduzco. "Ons moes 'n metode om beheer en definieer hierdie vorm verandering. Ons eenvoudige idee was om verskeie reaksies gebruik in volgorde aan die materiaal te druk en skryf dan hoe dit vorm sou verander. Eerder as om te probeer om dit alles te doen in 'n stap, ons benadering gee meer buigsaamheid in die beheer van die aanvanklike en finale vorms en ook ons ​​toelaat om komplekse strukture te druk. "

uitdaging die laboratorium was om 'n vloeibare kristal polimeer "ink" wat wedersyds uitsluitend stelle van chemiese verbindings tussen molekules inkorporeer skep. Een stel die oorspronklike gedrukte vorm, en die ander kan deur fisies te manipuleer die gedrukte-en-gedroogde materiaal gestel word. Genesing van die alternatiewe vorm onder ultraviolet lig slotte in die skakels.

Sodra die twee geprogrammeer vorms gestel, die materiaal kan dan morph heen en weer wanneer, byvoorbeeld, is dit verhit of afgekoel.

Die navorsers het 'n polimeer mengsel wat in 'n katalisator bad kan gedruk word en nog steeds sy oorspronklike geprogrammeer vorm te vind.

"Daar was 'n baie parameters wat ons gehad het om te optimaliseer, van die oplosmiddels en katalisator gebruik, om graad van swelling en ink formule, sodat die ink om vinnig genoeg stol te druk terwyl nie inhiberende die gewenste finale vorm bediening," Barnes sê .

Een oorblywende beperking van die proses is die vermoë om nie-ondersteunde strukture te druk, soos kolomme. Om dit te doen sou so 'n oplossing te vind wat gels net genoeg om self te ondersteun tydens die druk, het sy gesê vereis. Besig om daardie vermoë sal toelaat navorsers om veel meer komplekse kombinasies van vorms te druk.

gesê Barnes "Future werk sal verder die druk formule en gebruik-steier bygestaan ​​druk tegnieke om aktueerders te skep wat die oorgang tussen twee verskillende komplekse vorms, optimaliseer". "Dit maak die deur oop te druk sagte robotika wat kon swem soos 'n jellievis, spring soos 'n krieket of vervoer vloeistowwe soos die hart."

bron: Rice University. "Lab makes 4D printing more practical." ScienceDaily. ScienceDaily, 9 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200609130010.htm>.