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增材制造: 从3D到4D

2019-08-16 20:53:02 4

来源:中国知网

DOI: 10.3969/j.issn.1000–6826.2019.01.006

科学家们受到来自植物的形状变形系统(如含羞草和猪笼草)启迪,研发出了仿生4D打印技术, 利用功能材料的热敏效应(温度变化)、化学效应(包括水、pH值等)和光敏效应(没有温度变化),拓展 了3D打印在智能纺织品、自动机器人、生物医学器械、药物输送和组织工程领域的应用。文章详细 介绍了4D打印的材质包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料;4D打印产品的应用包括航空航天(太空 盔甲)、工业产品(电子设备和减震器)、日常生活(运动服)等。指出4D打印是在3D打印的基础上催生 出的一种革命性的新技术,4D打印不仅仅是比3D多一个维度,更是赋予了产品灵性。4D打印与智能 材料的完美融合将会创造出具有自组装或自变形功能的智能产品。

4D打印应用实例

4D打印的材质包括金属、陶瓷、聚合物和复合 材料,应用领域从航空航天(太空盔甲)、工业产品 (电子设备和减震器)到日常生活(运动服)。

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 4D打印聚合物

根据人体在运动过程中会排汗的现象而设计的4D打印运动服。运动服用料为一种薄膜夹层结构,其中单层涂覆有惰性材料。这种薄膜结构允许其仅对薄膜上的局部湿度梯度做出响应,同时确保薄膜的平整度,在相同环境下两侧具有平衡的收缩力。这种具有夹层结构的生物复合膜是一种对身体汗液有反应的结实织物——透气生物襟翼,可以通过改变中间支撑层的厚度和弹性来调节和模拟弯 曲度。因而,具有透气生物襟翼的运动服可以根据运动时汗液产生的湿度而可逆地改变其形状,从而调节暴露皮肤的面积。在身体的高热区,使用具有大单位尺寸的通风皮瓣来增强空气对流以快速蒸发汗液,而在多汗区,增大开口率以确保织物的透气性。这种设计结合织物对水分梯度的动态响应,可以巧妙地反映和响应身体的状况,以增强身体核心温度控制。与具有相同几何形状的非功能性襟翼相比,具有功能性襟翼的衣服可以有效地去除身体上 的汗液并降低身体和织物之间的气温。

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    4D打印与智能材料的完美融合将会创造出具有 自组装或自变形功能的智能产品。4D打印将驱动节约型军事生产。不论是潜艇、空间站、宇宙飞船等大型武器装备的制造组装,还是智能防护服、特种 枪支等高端小型武器装备的设计生产都可以使用4D打印技术。4D打印简化了工业制造,例如战斗机部分零部件、航空母舰上的武器和配套装置、航空飞行器、人造卫星、空间站以及宇宙飞船上的仪器装备。

 

注:深圳康勋记忆材料有限公司专注于形状记忆聚合物材料及其智能产品的研发-生产-销售。公司已经完成了多款形状记忆聚合物母料的大规模生产,并结合市场需要,开发形状记忆聚合物复合材料,以及创新开发多款形状记忆智能产品,包括形状记忆熨烫宝,形状记忆聚合物4D打印耗材等,参考www.kxsmp.com