08-NOV-21
加热时以预定义的方式改变形状的印刷聚合物？现在，由于卓越的可编程材料CPM中开发的4D打印技术，现在可以使用。印刷物体形状变化的程度很大：它们可以收缩高达63％。将来，4D制造技术只能在其采用预定义的形状之后才能产生表现出特定行为的零件，例如，在医疗技术，机械工程，汽车和航空业组件组件中作为紧固件。
3D打印很流行，作为一种增材制造技术，它具有许多优势。例如，产品和原型可以单独设计并可以快速获得。Fraunhofer CPM的一组研究人员通过使用所谓的4D打印来生产印刷对象，从而大大扩大了好处。该技术将时间或1D的尺寸添加到空间的尺寸或3D的尺寸。这样，可以从形状的记忆聚合物中打印物体，这些组合聚合物可以在暴露于热量时在以后的时间点上改变其形状 - 并以一种非凡的方式：杆状样品的长度约为四厘米，最多缩小到四厘米。63％。特定的曲率也是可能的。“我们最初是从相对简单的杆几何形状开始的，但最终我们能够生产更复杂的空心缸和空心的长方形样品，” Fraunhofer Applied Polymer Research IAP的Thorsten Pretsch博士说，他正在协调该项目。在Fraunhofer CPM。“对于我们研究的所有几何形状，我们提前指定了所需的材料行为。”
可以精确调整收缩行为和曲率
通常有两种方法可以调整对温度升高的响应。首先是材料的选择 - 这里的研究人员开发了具有形状记忆特性的新型热塑性聚氨酯或TPU。该团队还表明，获得4D打印的发现也可以转移到另一种热塑性聚合物中：它们从基于生物的聚合物聚合物聚合物或PLA产生了可收缩的印刷物体。第二种可能性在于印刷过程的巧妙管理。“关键是，我们给打印过程中的材料很少，很少有时间冷却。结果，内部应力急剧存储在材料中。然后，随后的收缩效应非常明显。” Pretsch说。简而言之，材料，加工温度和打印速度的选择不仅可以调整收缩行为，还可以调整弯曲状态。
从单体到机械回收的开发
该项目的第一步是开发材料并将发现从TPU转移到PLA。第二步是开发一个演示者 - 一个揭开台的开门机，该开门机缩小到门把手上，以便可以用肘部操作而无需手接触。拆卸很简单：通过重新加热；门开瓶器从手柄上脱离，而不会留下任何残留物。当不再需要打印对象时，可以将其接地并重新处理成灯丝，至少可以再使用一次4D打印。»这个概念是整体的，并以未来为导向。就摇篮到摇篮的方法而言，我们已经完成了整个产品周期 - 从单体和聚合物合成的选择到演示者的4D打印及其机械回收，«Pretsch总结了。
这四个Fraunhofer机构贡献了他们的具体专业知识：Fraunhofer IAP合成了形状记忆聚合物，进一步开发了4D打印技术，并进行了机械回收。Fraunhofer机床和成立技术IWU研究所的Linda Weisheit开发了4D材料可编程刚度的概念。Fraunhofer工业数学研究所ITWM进行了数学模拟来设计演示者。“例如，我们调查了力在装载时如何在门开启器中分布。我们也有兴趣了解哪种设计在材料消耗方面更好。” HeikoAndrä博士解释说。实际测试在弗劳恩霍夫材料力学IWM机械学院进行。“例如，在这里，问题是在装载门开门时发生哪些扭矩，”托比亚斯·阿曼（Tobias Amann）博士解释说。
资料来源：Fraunhofer学院
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