4D打印智能材料
關注創建者：放學你等著 創建時間：2019-03-27
4D打印智能材料的實例教程
2019年4月1日，羅格斯大學 - 新不倫瑞克工程師創造了靈活，輕便的4D打印材料，可用于變形飛機或無人機機翼，軟機器人和微型植入式生物醫學設備。
4D打印基于增材制造技術，有一個很大的區別：它使用特殊材料和復雜的設計來打印物體，這些物體會在溫度作為觸發器等環境條件下改變形狀，機械和航空航天工程助理教授Howon Lee說。 時間是允許它們變形為新形狀的第四維度。
“我們相信材料科學，力學和3D打印的這種前所未有的相互作用將為廣泛的應用創造新的途徑，這些應用將改善技術，健康，安全和生活質量，”Lee說。
工程師們創造了一類新的“超材料”，這些“超材料”被設計成具有在自然界中找不到的不尋常和違反直覺的特性。
以前，超材料的形狀和性質一旦制造就不可逆轉。 但是羅格斯大學的工程師可以用熱量調整他們的塑料材料，因此它們在被擊打時會保持剛性，或者像海綿一樣變軟以吸收震動。
根據該大學的說法，在室溫（73度）和194華氏度之間的溫度下，剛度可以調節超過100倍，從而可以很好地控制減震。 材料可以重新成形以用于各種目的。 它們可以暫時轉變為任何變形的形狀，然后在加熱時根據需要恢復其原始形狀。
下面的動圖展示了4D打印的智能材料如何從僵硬變為柔軟，并改變形狀。
這些材料可以用于改變形狀以提高性能的飛機或無人機機翼，以及用于空間發射的坍塌的輕質結構，以及用于更大結構的太空板的重建。
由章魚啟發的柔軟，柔韌和橡膠材料制成的軟機器人可以根據環境和手頭的任務調整靈活性或剛度。 Lee說，插入或植入人體進行診斷或治療的微小裝置可以暫時變得柔軟和靈活，以便進入體內進行微創和較少的疼痛。
來源：南極熊3D打印
展開 近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛锜團隊和西北工業大學副教授張彪團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing - DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1. 超高力學性能的tBA AUD SMP用于基于DLP 3D打印技術的4D打印
聯合研究團隊合作開發出了一種超高力學性能可光固化SMP體系。該材料體系主要由丙烯酸叔丁酯（tBA）和脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯（AUD）組成，故稱為tBA-AUD SMP體系。
展開 近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛锜團隊和西北工業大學副教授張彪團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing - DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
論文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101298
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）料相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。關注材料科學與工程公眾號，接收更多專業資訊。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1.
展開 美國羅格斯大學—新不倫瑞克工程師創造了一種柔性輕質材料，經4D打印后的材料可用于飛機和無人機的機翼、柔軟機器人、微型植入式生物醫療裝置等，能更好地實現減震和變形。相關成果發表在最近一期《材料視界》雜志中。
3D打印也被稱為增材制造，可通過逐層打印的方式，將預先構建的數字藍圖轉變為物體。基于這項技術的4D打印有一個很大的不同之處，它使用特殊材料和復雜設計來打印物體，這些物體在環境條件如溫度變化下，會隨之改變形狀。
工程師們創造的這種新“超材料”，經過精心設計，具有自然界中找不到的特性，它們不同尋常甚至違反直覺。以前，超材料的性質和形狀一旦制造出來就不可逆轉，但此次用熱量來調整特性的超材料，能在被擊打時保持剛性，或像海綿一樣變軟以吸收震動。
在室溫73華氏度（約22.8℃）和194華氏度（90℃）之間的溫度區間，剛性調節可以超過100倍，從而很好地控制減震。材料可重新成形，以用于各種目的。它們暫時變形，轉變為任何形狀，然后在加熱時，根據需要回復其原始形狀。
這種神奇的材料，可用于提高飛機或無人機機翼性能，還可用于空間發射的坍塌輕質結構，甚至更大結構的太空板的重建。由這種材料制成的軟機器人像章魚一樣柔韌，可根據環境和當前任務，調整靈活性或剛度。而將其插入微小裝置植入人體進行診斷或治療，可以讓介入裝置暫時變得柔軟和靈活，進入人體進行微創手術并減少疼痛。
展開 近日，南方科技大學機械與能源工程系葛锜副教授團隊和西北工業大學張彪副教授團隊在Advanced Materials合作發表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態斷裂應變超過1240%，在150%-250%的應變區間可以重復加載超10000次。此外，其優異的光聚合性能使其成為數字光處理（Digital Light Processing-DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機器人領域應用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內封面重點報道。
4D打印是一種新興的制造技術，它能夠使打印出來的三維結構的形狀在外界環境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術兼容。其中，采用DLP 3D打印技術打印可光固化SMP，可以制造具有復雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結構。然而，現有可光固化SMP在力學性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應用范圍。因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1.
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自2013年增材制造技術首次出現四維(4D)打印概念以來，全世界的研究人員都對其產生了極大的興趣。4D打印通過給靜態打印結構賦予動態屬性，并可以隨著時間的推移而改變，從而可以將材料的3D打印加工拓展到復雜幾何形狀之外。在熱、光、pH、水分、電和磁場等各種刺激下，打印物體的形狀和/或屬性會發生變化，這些變化可以實現預設計且可以進行控制
團隊在此基礎上通過4D打印對液晶彈性體智能材料進行精確加工，直接獲得了具有感知能力和適應性的智能軟體機器人。
△機器人能夠滾動爬坡
在這項研究中，封偉教授團隊利用4D打印技術制造了一個管狀體，曲率為機器人提供了可持續的定向滾動能力。一個10厘米長的機器人在水平面上可以達到超過48厘米/分鐘的最大速度，并爬上大約20°的坡度。
4D打印可以將智能材料加工成具有各種刺激響應行為的動態結構。除了簡單的變形外，具有感知能力和適應性的4D打印智能軟體機器人更具吸引力，也就是通常說的人工智能（AI, Artificial Intelligence）。而通過4D打印直接獲得智能軟體機器人仍然是一個巨大的挑戰。
4D打印是一種新興的技術，它可以使3D打印結構在諸如熱、濕、電磁場等外界環境的刺激下，隨著第四維度“時間”的推移，而發生形狀的改變。紫外光（UV）固化的SMP與基于數字光處理（DLP）的3D打印技術聯用，可以制造出具有復雜幾何形狀和高分辨率的結構。但是， UV固化的SMP在機械性能方面存在局限性，這極大地限制了它的應用。因此，當前急需開發具有優異機械性能的UV固化SMP。 來自南方科技大學等單位的
因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1.
因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1. 超高力學性能的tBA AUD SMP用于基于DLP 3D打印技術的4D打印
聯合研究團隊合作開發出了一種超高力學性能可光固化SMP體系。
因此，亟需發展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應用中對4D打印智能材料力學性能的高要求。
圖 1. 超高力學性能的tBA AUD SMP用于基于DLP 3D打印技術的4D打印
聯合研究團隊合作開發出了一種超高力學性能可光固化SMP體系。
下面的動圖展示了4D打印的智能材料如何從僵硬變為柔軟，并改變形狀。
這些材料可以用于改變形狀以提高性能的飛機或無人機機翼，以及用于空間發射的坍塌的輕質結構，以及用于更大結構的太空板的重建。
由章魚啟發的柔軟，柔韌和橡膠材料制成的軟機器人可以根據環境和手頭的任務調整靈活性或剛度。
美國羅格斯大學—新不倫瑞克工程師創造了一種柔性輕質材料，經4D打印后的材料可用于飛機和無人機的機翼、柔軟機器人、微型植入式生物醫療裝置等，能更好地實現減震和變形。相關成果發表在最近一期《材料視界》雜志中。
3D打印也被稱為增材制造，可通過逐層打印的方式，將預先構建的數字藍圖轉變為物體。基于這項技術的4D打印有一個很大的不同之處，它使用特殊材料和復雜設計來打印物體，這些物體在環境條件如溫度變化下
