使用形狀記憶聚合物進(jìn)行Swift4D打印

形狀記憶聚合物或變形材料是近年來(lái)在材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域獲得廣泛關(guān)注的智能材料，用于構(gòu)建智能結(jié)構(gòu)和設(shè)備。數(shù)字光處理是一種基于光聚合的方法，其技術(shù)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(guó)王科技大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程以及核工程領(lǐng)域的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便快速的方法，可通過(guò)數(shù)字光打印3D打印基于形狀記憶聚合物的智能結(jié)構(gòu)3D打印機(jī)和定制樹(shù)脂。

他們將液晶(一種可以隨溫度改變形狀的材料)與樹(shù)脂相結(jié)合，為直接3D打印熱響應(yīng)結(jié)構(gòu)引入形狀記憶特性，同時(shí)避免了樹(shù)脂制備的復(fù)雜性。該團(tuán)隊(duì)打印了具有不同幾何形狀的結(jié)構(gòu)并測(cè)量了形狀記憶響應(yīng)。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(lèi)雙形狀智能聚合物，可以發(fā)生機(jī)械變形并根據(jù)環(huán)境參數(shù)恢復(fù)到原始形狀。形狀記憶聚合物的恢復(fù)取決于外部刺激的施加，例如熱、光、電、濕度和pH值變化。

此類(lèi)材料是可變形的結(jié)構(gòu)，由于其多功能性和工業(yè)可行性，近年來(lái)引起了人們極大的興趣。研究團(tuán)隊(duì)展示了通過(guò)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(jié)果凸顯了3D打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)對(duì)于各種應(yīng)用的適用性。

創(chuàng)建形狀記憶效果

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究形狀誘導(dǎo)和恢復(fù)過(guò)程，研究了3D打印樣品的形狀記憶效應(yīng)。該方法可以輕松、高分辨率地打印復(fù)雜的3D設(shè)計(jì)。這些結(jié)構(gòu)可用于多種應(yīng)用，如靈活的智能貼片、尺寸可變的機(jī)械工具和可變形玩具。在這項(xiàng)工作中，阿拉姆和同事開(kāi)發(fā)了一種基于液晶與光固化樹(shù)脂混合的形狀記憶聚合物，以開(kāi)發(fā)一種半結(jié)晶聚合物，并根據(jù)之前的研究描述了其作用機(jī)制。

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

可調(diào)節(jié)的機(jī)械性能

研究人員探索了3D打印智能記憶聚合物的前景應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，阿拉姆和同事通過(guò)對(duì)狗骨樣本進(jìn)行拉伸測(cè)試來(lái)確定材料的機(jī)械性能，以展示如何通過(guò)調(diào)節(jié)晶格結(jié)構(gòu)的形狀來(lái)調(diào)整印刷材料的機(jī)械性能。

他們通過(guò)有限元模擬證實(shí)了智能材料的機(jī)械可調(diào)性，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元分析的拉伸測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到的二維晶格的機(jī)械性能與通過(guò)模擬預(yù)測(cè)的一致?；陟`活性和拉伸性，Alam和團(tuán)隊(duì)對(duì)樣品進(jìn)行了應(yīng)變測(cè)試和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)傳感應(yīng)用測(cè)試。

為了通過(guò)聚合物集成促進(jìn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家們應(yīng)用了納米銀基導(dǎo)電涂層作為電極，這需要進(jìn)一步優(yōu)化打印參數(shù)?？茖W(xué)家們通過(guò)拉伸和壓縮結(jié)構(gòu)以促進(jìn)患者運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)量電阻的變化。

所制備的格子電極貼片的電阻測(cè)量結(jié)果表明其作為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)傳感的智能貼片的潛力;這可以應(yīng)用于人類(lèi)的膝蓋、肘關(guān)節(jié)、假肢或真肢來(lái)感知運(yùn)動(dòng)。這種電極貼片可以通過(guò)簡(jiǎn)單快速的制造過(guò)程根據(jù)患者的尺寸進(jìn)行定制。

外表

這樣，F(xiàn)ahadAlam和團(tuán)隊(duì)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(guò)數(shù)字光處理輕松快速地制造。科學(xué)家們定制了3D打印的物體，以創(chuàng)建隨時(shí)間變化的結(jié)構(gòu)，這就是所謂的4D打印。他們通過(guò)將液晶與樹(shù)脂結(jié)合并使用商用桌面打印機(jī)進(jìn)行打印來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。研究人員利用該方法制造了各種復(fù)雜的物體，包括格子貼片、可折疊玩具、智能包裝和機(jī)械扳手。

科學(xué)家們對(duì)這些物體進(jìn)行加熱，暫時(shí)改變它們的形狀，并用于隨后的形狀恢復(fù)應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)利用拉伸測(cè)試來(lái)展示形狀記憶聚合物的可調(diào)節(jié)性質(zhì)，以滿(mǎn)足生物醫(yī)學(xué)工程中的特定應(yīng)用。這種3D打印的晶格貼片非常適合關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用中的應(yīng)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(cè)患者假肢關(guān)節(jié)和手臂的運(yùn)動(dòng)。

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