使用形狀記憶聚合物進行Swift4D打印

形狀記憶聚合物或變形材料是近年來在材料科學和生物醫(yī)學工程領域獲得廣泛關注的智能材料，用于構建智能結構和設備。數(shù)字光處理是一種基于光聚合的方法，其技術速度顯著加快，可一步打印完整層以創(chuàng)建智能材料。

FahadAlam和沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學電氣和計算機工程以及核工程領域的科學家團隊開發(fā)了一種簡便快速的方法，可通過數(shù)字光打印3D打印基于形狀記憶聚合物的智能結構3D打印機和定制樹脂。

他們將液晶(一種可以隨溫度改變形狀的材料)與樹脂相結合，為直接3D打印熱響應結構引入形狀記憶特性，同時避免了樹脂制備的復雜性。該團隊打印了具有不同幾何形狀的結構并測量了形狀記憶響應。形狀記憶聚合物可以方便地制備用作智能工具、玩具和超材料。

形狀記憶聚合物屬于一類雙形狀智能聚合物，可以發(fā)生機械變形并根據(jù)環(huán)境參數(shù)恢復到原始形狀。形狀記憶聚合物的恢復取決于外部刺激的施加，例如熱、光、電、濕度和pH值變化。

此類材料是可變形的結構，由于其多功能性和工業(yè)可行性，近年來引起了人們極大的興趣。研究團隊展示了通過數(shù)字光處理4D打印形狀記憶聚合物;一種基于還原光聚合的3D打印方法。結果凸顯了3D打印復雜結構對于各種應用的適用性。

創(chuàng)建形狀記憶效果

研究團隊通過研究形狀誘導和恢復過程，研究了3D打印樣品的形狀記憶效應。該方法可以輕松、高分辨率地打印復雜的3D設計。這些結構可用于多種應用，如靈活的智能貼片、尺寸可變的機械工具和可變形玩具。在這項工作中，阿拉姆和同事開發(fā)了一種基于液晶與光固化樹脂混合的形狀記憶聚合物，以開發(fā)一種半結晶聚合物，并根據(jù)之前的研究描述了其作用機制。

研究小組利用掃描電子顯微鏡觀察了有或沒有液晶的3D打印橫截面的內部形態(tài)。然后，他們觀察了形狀記憶聚合物相對于其在承重后恢復能力的反應。目前的工作展示了3D數(shù)字光處理對創(chuàng)建具有4D效果的形狀記憶聚合物的影響。科學家們量化了形狀記憶響應，以顯示恢復角比與時間的關系。

可調節(jié)的機械性能

研究人員探索了3D打印智能記憶聚合物的前景應用。為了實現(xiàn)這一目標，阿拉姆和同事通過對狗骨樣本進行拉伸測試來確定材料的機械性能，以展示如何通過調節(jié)晶格結構的形狀來調整印刷材料的機械性能。

他們通過有限元模擬證實了智能材料的機械可調性，并將實驗結果與有限元分析的拉伸測試結果進行了比較。通過實驗觀察到的二維晶格的機械性能與通過模擬預測的一致?；陟`活性和拉伸性，Alam和團隊對樣品進行了應變測試和關節(jié)運動傳感應用測試。

為了通過聚合物集成促進關節(jié)運動，科學家們應用了納米銀基導電涂層作為電極，這需要進一步優(yōu)化打印參數(shù)?？茖W家們通過拉伸和壓縮結構以促進患者運動來測量電阻的變化。

所制備的格子電極貼片的電阻測量結果表明其作為關節(jié)運動傳感的智能貼片的潛力;這可以應用于人類的膝蓋、肘關節(jié)、假肢或真肢來感知運動。這種電極貼片可以通過簡單快速的制造過程根據(jù)患者的尺寸進行定制。

外表

這樣，F(xiàn)ahadAlam和團隊提出了一種3D打印智能材料的方法，首先使用形狀記憶聚合物，通過數(shù)字光處理輕松快速地制造。科學家們定制了3D打印的物體，以創(chuàng)建隨時間變化的結構，這就是所謂的4D打印。他們通過將液晶與樹脂結合并使用商用桌面打印機進行打印來實現(xiàn)這一目標。研究人員利用該方法制造了各種復雜的物體，包括格子貼片、可折疊玩具、智能包裝和機械扳手。

科學家們對這些物體進行加熱，暫時改變它們的形狀，并用于隨后的形狀恢復應用。該團隊利用拉伸測試來展示形狀記憶聚合物的可調節(jié)性質，以滿足生物醫(yī)學工程中的特定應用。這種3D打印的晶格貼片非常適合關節(jié)運動應用中的應變傳感。研究人員記錄了3D打印智能貼片的電阻變化，以檢測患者假肢關節(jié)和手臂的運動。

標簽：