4D打印的智能超材料可以像木頭一樣堅(jiān)硬或像海綿一樣柔軟

2019年4月1日，南極熊從外媒獲悉，羅格斯大學(xué) - 新不倫瑞克工程師創(chuàng)造了靈活，輕便的4D打印材料，可用于變形飛機(jī)或無(wú)人機(jī)機(jī)翼，軟機(jī)器人和微型植入式生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。

4D打印基于增材制造技術(shù)，有一個(gè)很大的區(qū)別：它使用特殊材料和復(fù)雜的設(shè)計(jì)來(lái)打印物體，這些物體會(huì)在溫度作為觸發(fā)器等環(huán)境條件下改變形狀，機(jī)械和航空航天工程助理教授Howon Lee說(shuō)。 時(shí)間是允許它們變形為新形狀的第四維度。

“我們相信材料科學(xué)，力學(xué)和3D打印的這種前所未有的相互作用將為廣泛的應(yīng)用創(chuàng)造新的途徑，這些應(yīng)用將改善技術(shù)，健康，安全和生活質(zhì)量，”Lee說(shuō)。

工程師們創(chuàng)造了一類(lèi)新的“超材料”，這些“超材料”被設(shè)計(jì)成具有在自然界中找不到的不尋常和違反直覺(jué)的特性。

以前，超材料的形狀和性質(zhì)一旦制造就不可逆轉(zhuǎn)。 但是羅格斯大學(xué)的工程師可以用熱量調(diào)整他們的塑料材料，因此它們?cè)诒粨舸驎r(shí)會(huì)保持剛性，或者像海綿一樣變軟以吸收震動(dòng)。

根據(jù)該大學(xué)的說(shuō)法，在室溫（73度）和194華氏度之間的溫度下，剛度可以調(diào)節(jié)超過(guò)100倍，從而可以很好地控制減震。 材料可以重新成形以用于各種目的。 它們可以暫時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏巫冃蔚男螤�，然后在加熱時(shí)根據(jù)需要恢復(fù)其原始形狀。

下面的動(dòng)圖展示了4D打印的智能材料如何從僵硬變?yōu)槿彳�，并改變形狀�?br />

這些材料可以用于改變形狀以提高性能的飛機(jī)或無(wú)人機(jī)機(jī)翼，以及用于空間發(fā)射的坍塌的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及用于更大結(jié)構(gòu)的太空板的重建。

由章魚(yú)啟發(fā)的柔軟，柔韌和橡膠材料制成的軟機(jī)器人可以根據(jù)環(huán)境和手頭的任務(wù)調(diào)整靈活性或剛度。 Lee說(shuō)，插入或植入人體進(jìn)行診斷或治療的微小裝置可以暫時(shí)變得柔軟和靈活，以便進(jìn)入體內(nèi)進(jìn)行微創(chuàng)和較少的疼痛。