Печатные структуры с возможностью снятия кожуры складываются сами по себе: расширяющийся полимер позволяет самосгибаться без нагрева или погружения в воду.

В статье, опубликованной в журнале «Applied Materials and Interfaces» Американского химического общества, исследователи из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) и их коллеги сообщают о кое-что новеньком: печатная структура, которая начинает складываться, как только снимается с печати. Платформа.
По словам исследователей, одним из больших преимуществ устройств, которые самостоятельно складываются без какого-либо внешнего воздействия, является то, что они могут включать более широкий спектр материалов и более хрупкие структуры.

«Если вы хотите добавить печатную электронику, вы, как правило, будете использовать некоторые органические материалы, потому что большая часть печатной электроники полагается на них», — говорит Субраманиан Сундарам, аспирант Массачусетского технологического института в области электротехники и информатики и первый автор книги. бумага. "Эти материалы часто очень и очень чувствительны к влаге и температуре. Так что, если у вас есть электроника и детали, и вы хотите вызвать в них складки, вам не стоит окунать их в воду или нагревать, потому что тогда ваша электроника выйдет из строя."
Чтобы проиллюстрировать эту идею, исследователи создали прототип самосвертывающегося печатающего устройства, которое включает электрические выводы и полимерный «пиксель», который меняется с прозрачного на непрозрачный при приложении к нему напряжения. Устройство, представляющее собой разновидность «золотого жука для печати», о котором Сундарам и его коллеги объявили ранее в этом году, вначале выглядит примерно как буква «H»."Но каждая из ножек H складывается в двух разных направлениях, создавая форму столешницы.

Исследователи также создали несколько разных версий одной и той же базовой конструкции петли, которые показывают, что они могут контролировать точный угол, под которым шарнир изгибается. В ходе испытаний они принудительно выпрямляли петли, прикрепляя их к грузу, но когда груз был удален, петли снова складывались в исходное положение.

В краткосрочной перспективе этот метод может позволить производить на заказ датчики, дисплеи или антенны, функциональность которых зависит от их трехмерной формы. В долгосрочной перспективе исследователи видят возможность печатных роботов.
К Сундараму в статье присоединился его советник Войцех Матусик, доцент кафедры электротехники и информатики (EECS) Массачусетского технологического института; Марк Бальдо, также доцент EECS, специализирующийся на органической электронике; Дэвид Ким, технический ассистент в Computational Fabrication Group Матусика; и Райан Хейворд, профессор полимерологии и инженерии Массачусетского университета в Амхерсте.

Снятие стресса
Ключом к дизайну исследователей является новый материал для чернил для принтера, который расширяется после затвердевания, что необычно. Большинство материалов с чернилами для принтера немного сжимаются по мере затвердевания — техническое ограничение, которое дизайнерам часто приходится преодолевать.
Печатные устройства состоят из слоев, и в своих прототипах исследователи Массачусетского технологического института размещают свой расширяющийся материал в точных местах либо в нескольких верхних, либо в нескольких нижних слоях.

Нижний слой слегка прилегает к платформе принтера, и этой адгезии достаточно, чтобы удерживать устройство в горизонтальном положении по мере наращивания слоев. Но как только готовое устройство отклеивается от платформы, стыки из нового материала начинают расширяться, изгибая устройство в обратном направлении.

Как и многие другие технологические прорывы, открытие материала исследователями CSAIL было случайным. Большинство материалов для принтеров, используемых Matusik’s Computational Fabrication Group, представляют собой комбинации полимеров, длинных молекул, которые состоят из цепочечных повторов отдельных молекулярных компонентов, или мономеров.

Смешивание этих компонентов — один из методов создания чернил для принтера с определенными физическими свойствами.
Пытаясь разработать чернила, которые позволили бы получить более гибкие печатные компоненты, исследователи CSAIL случайно наткнулись на одну, которая немного расширилась после затвердевания.

Они сразу же осознали потенциальную пользу расширяющихся полимеров и начали экспериментировать с модификациями смеси, пока не пришли к рецепту, который позволил им создавать суставы, которые расширялись бы настолько, чтобы сложить печатное устройство пополам.
Почему и зачем
Вклад Хейворда в статью заключался в том, чтобы помочь команде MIT объяснить расширение материала. Чернила, которые производят наиболее сильное расширение, включают несколько длинных молекулярных цепей и одну гораздо более короткую цепь, состоящую из мономера изооктилакрилата.

Когда слой чернил подвергается воздействию ультрафиолета — или «отверждается», процесс, обычно используемый в трехмерной печати для упрочнения материалов, осажденных в виде жидкостей, — длинные цепи соединяются друг с другом, образуя жесткую заросль из запутанных молекул.
Когда другой слой материала наносится поверх первого, маленькие цепочки изооктилакрилата в верхнем жидком слое опускаются в нижний, более жесткий слой.

Там они взаимодействуют с более длинными цепями, создавая расширяющую силу, которой временно сопротивляется адгезия к платформе печати.
Исследователи надеются, что лучшее теоретическое понимание причины расширения материала позволит им разрабатывать материалы, адаптированные к конкретным применениям, включая материалы, которые выдерживают сжатие на 1-3 процента, типичное для многих печатных полимеров после отверждения.
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = qOW8GrAIvzY

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.