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基于4D打印的數字光處理的具有機械魯棒性和可紫外光固化的形狀記憶聚合物

基于4D打印的數字光處理的具有機械魯棒性和可紫外光固化的形狀記憶聚合物

供稿人:王永輝 導師: 連芩 供稿單位:西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室  發布日期:2021-10-05
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4D打印是一種新興的制造技術,使3D打印結構在第四維時間內改變配置的響應環境刺激包括熱、水、磁場和電由于能夠無縫、快速地制造出執行機構-機構的集成系統,4D打印在航天、智能家具、微創設備、軟機器人等領域顯示出巨大的潛力。4D打印是通過使用環境響應軟活性材料(SAMs)的3D打印結構實現的,主要包括水凝膠、液晶彈性體(LCEs)、和形狀記憶聚合物(SMPs)。不同于其他兩個極其柔軟的地軟活性材料,SMP能夠在1分鐘內切換材料模量從幾MPa到幾GPa,并兼容各種3D打印技術。迄今為止,基于SMP的4D打印已廣泛應用于智能設備、折紙、組織工程、超材料、生物醫學等各個領域。

圖 1. 基于DLP的4D打印技術完成的形狀記憶聚合物(SMP)結構

基于數字光處理的紫外光固化可以制造基于SMP的復雜幾何結構和高分辨率結構。然而,紫外光固化SMP在機械性能方面有局限性,這極大地限制了其應用范圍。西北工業大學的張彪(Biao Zhang)團隊報道了一種具有機械魯棒性、可紫外光固化的SMP系統,該系統具有高度可變形、抗疲勞、與基于DLP的3D打印兼容,可制造高分辨率(最高2微米)、高度復雜的3D結構,加熱后形狀變化大(最高1240%)。更重要的是,所研制的SMP系統具有良好的抗疲勞性能,可重復加載10000次以上。機械魯棒和紫外固化SMP的發展顯著提高了基于SMP的4D打印結構的機械性能,這使得它們可以應用于工程應用,如航空航天、智能家具和軟機器人。

參考文獻:

  1. ZHANG B, LI H, CHENG J, et al.Mechanically Robust and UV-Curable Shape-Memory Polymers for Digital Light Processing Based 4D Printing[J].Advanced Materials, n/a (n/a): 2101298.
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