Исследователи разработали технологию 4D печати композитных материалов

Исследователи из Университета Колорадо Боулдер успешно добавили четвертое измерение в свою технологию печати, что открывает интересные возможности для создания и использования адаптивных композитных материалов в производстве, упаковке и биомедицинских приложениях.

Команда во главе с Джерри H. Ци, доцентом кафедры технологии машиностроения CU-Boulder, и его коллегой Мартином Л. Данном из Сингапурского университета технологии и дизайна разработала и апробирована методику 4D печати.

Исследователи включили полимерные волокна с «эффектом памяти формы» в композитные материалы, используемые в традиционной 3D печати. Таким образом, печатается объект одной формы, а затем впоследствии можно будет придавать объекту новую форму.

«Начальная конфигурация объекта создается посредством 3D печати, а затем запрограммированное действие волокон памяти формы задает зависимость конфигурации от времени – тот самый 4D аспект», сказал Данн, бывший преподаватель инженерной механики в CU-Boulder, изучавший механику и физику композитных материалов на протяжении более двух десятилетий.

Концепция 4D печати, позволяющая материалам делать «самосборку» в 3D-объекты была изначально предложена преподавателем Массачусетского технологического института Скайларом Тиббитсом в апреле этого года. Тиббитс и его команда сочетали нити из пластика со слоями «умных» материалов, которые могут самостоятельно принимать нужную форму в воде.

«Мы продвинулись в этой концепции путем создания композитных материалов, которые могут менять форму различными путями на основе различных физических механизмов», сказал Данн.

Выводы команды из CU-Boulder были опубликованы в прошлом месяце в журнале Applied Physics Letters.

«Увлекательно то, что эти формы задаются на стадии проектирования, что не было возможно еще несколько лет назад», сказал Ци.

Команда из CU-Boulder показала, что ориентация и расположение волокон в композите определяет степень эффекта запоминания формы (сворачивание, скручивание, или растяжение). Исследователи также показали что можно контролировать эти эффекты путем нагревания или охлаждения композитного материала.

Ци говорит, что технологии 3D печати, которая на рынке уже более трех лет, только недавно дошла до включения активных волокон в композиты. Поведение волокон может предсказуемо регулироваться, когда объект подвергается воздействию тепловых и механических сил.

Технология обещает захватывающие новые возможности для различных приложений.

Ци сказал, что солнечные панели или подобные продукты можно будет делать плоскими, затем их можно будет компатизировать для упаковки и транспортировки за счет свойств волокон. После прибытия в пункт назначения, продукт можно будет активировать, он примет заданную форму. Ранее в этом месяце, Research Office армии США также объявили, что они предоставили грант на 855 000 $ трем исследователям для разработки 4D материалов, надеясь вскоре претворить технологию в реальность.

Пресс-релиз дразнит автомобильными покрытиями, которые будут изменять структуру, адаптируясь к влажной среде или покрытой солью дороге, защищая автомобиль от коррозии, а также солдатской формой, которая сможет оперативно менять тип комуфляжа или более эффективно защищать от ядовитого газа или шрапнели при контакте.

Андрей Свирид 

Комментировать (0)