В статье, опубликованной в журнале Scientific Reports в июне, ученые и инженеры лаборатории раскрыли стратегию создания коробок, спиралей и сфер из полимеров с памятью формы (SMP), «умных» материалов на биологической основе, которые изменяют форму при резистивном нагреве или при воздействии соответствующей температуры.Хотя подход к использованию адаптивных материалов в 3D-печати, часто известный как «4D-печать», не нов, исследователи LLNL первыми объединили процесс 3D-печати и последующего складывания (с помощью методов оригами) с проводящими интеллектуальными материалами для создания сложных конструкции.
В статье исследователи описывают создание первичных форм из чернил, изготовленных из соевого масла, дополнительных сополимеров и углеродных нановолокон, и «программирование» их во временную форму при заданной температуре, определяемой химическим составом. Затем эффект изменения формы был вызван окружающим теплом или нагреванием материала электрическим током, который возвращает временную форму детали к ее исходной форме.«Это как печь торт», — сказала ведущий автор Дженнифер Родригес, постдок отдела материаловедения LLNL. «Вы достаете деталь из печи до того, как она будет готова, и устанавливаете постоянную структуру детали путем складывания или скручивания после первоначального гелеобразования полимера».
В конечном итоге, сказал Родригес, исследователи могут использовать материалы для создания чрезвычайно сложных деталей.«Если мы напечатаем деталь из нескольких версий этих составов с разными температурами перехода и пропустим ее через рампу нагрева, они будут сегментированно расширяться и распаковываться во что-то гораздо более сложное», — сказала она.Посредством процесса 3D-печати с прямым рукописным вводом команда создала несколько типов структур — изогнутое проводящее устройство, которое трансформировалось в прямое устройство при воздействии электрического тока или тепла, сжатый стент, который расширялся после воздействия тепла, и ящики, которые открываются или закрываются при нагревании.
По словам исследователей, эта технология может найти применение в медицине, в аэрокосмической сфере (в солнечных батареях или антеннах, которые могут разворачиваться), а также в гибких схемах и роботизированных устройствах.«У нас есть материалы с трехмерной структурой, но они обладают дополнительными интеллектуальными свойствами; они могут сохранять память о предыдущей структуре», — сказал научный сотрудник лаборатории Джеймс Левики. «Это открывает совершенно новый набор свойств.
Если вы можете печатать из этих полимерных композитов, вы можете создавать вещи и электрически активировать их, чтобы они разворачивались. Вместо тупой глыбы у вас остается этот разумный, отзывчивый материал».
Исследование основано на лабораторных исследованиях. Проект разработки (LDRD) по разработке высокопроизводительных композитов из углеродного волокна, напечатанных на 3D-принтере.
В работе над статьей также участвовали ученые и инженеры лаборатории Ченг Чжу, Эрик Дуосс, Томас Уилсон и Крис Спадаччини.