08-11-21
当加热时，打印的聚合物会以预先定义的方式改变形状?这现在是可能的多亏了4D打印技术开发的夫琅和费集群的卓越可编程材料CPM。打印出来的物体的形状变化很大:它们可以缩小63%。在未来，4D制造技术可以用于生产只有在达到预定形状后才表现出特定行为的部件，例如在医疗技术、机械工程、汽车和航空行业的组件组装中作为紧固件。
3D打印正在流行，作为一种增材制造技术，它提供了许多优势。例如，产品和原型可以单独设计，并且可以很快得到。夫琅和费CPM的一组研究人员正在通过使用所谓的4D打印来生产打印物体，从而显著扩大这种优势。这项技术将时间维度(1D)增加到空间维度(3D)上。通过这种方式，可以用形状记忆聚合物打印出物体，这些聚合物在稍后的时间点暴露在热量下，可以改变它们的形状——而且以一种相当了不起的方式:长度约4厘米的棒状样品收缩高达63%。特定的曲率也可能在一个有针对性的方式。来自Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP的Thorsten Pretsch博士说:“我们最初从一个相对简单的杆状几何结构开始，但最终我们能够生产出更复杂的空心圆柱体和空心长方体形状的样品。”他在Fraunhofer CPM协调这个项目。“对于我们研究的所有几何形状，我们预先指定了所需的材料性能。”
收缩行为和曲率可以精确调整
通常有两种方法来调整对温度升高的响应。首先是材料的选择——在这里，研究人员开发了一种具有形状记忆特性的新型热塑性聚氨酯（TPU）。该团队还表明，4D打印的发现也可以转移到另一种热塑性聚合物上：他们用生物基聚合物聚乳酸（PLA）生产收缩打印物体。第二种可能性在于巧妙地管理印刷过程。Pretsch说：“关键是我们在印刷过程中给材料很少的时间冷却。因此，材料中储存了巨大的内应力。随后的收缩效应非常明显。”。总之，材料、加工温度和印刷速度的选择不仅可以用来调整收缩行为，还可以用来调整弯曲状态。
从单体到机械回收的发展
该项目的第一步是开发材料，并将研究结果从TPU转移到PLA。第二步是开发一个演示器-一个缩在门把手上的开门器，这样它就可以不用手接触而用肘部操作。拆卸简单：通过重新加热；开门器与把手分离，不留下任何残留物。当不再需要打印对象时，可将其研磨并重新加工成至少可用于4D打印一次的灯丝。»这一概念是全面的，面向未来的。“从摇篮到摇篮的方法，我们经历了整个产品周期——从单体选择和聚合物合成到演示器的4D打印及其机械回收，”Pretsch总结道。
四个弗劳恩霍夫研究所贡献了他们的专长:弗劳恩霍夫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。来自弗劳恩霍夫机床和成形技术研究所的Linda Weisheit开发了4D材料可编程刚度的概念。弗劳恩霍夫工业数学研究所进行了数学模拟来设计演示器。“例如，我们研究了开门器在加载时受力的分布情况。我们也很想知道哪种设计在材料消耗方面更好，”Heiko博士解释道Andrä。实际测试在弗劳恩霍夫材料力学研究所进行。“例如，这里的问题是，当开门器加载时，会产生哪些扭矩，”Tobias Amann博士解释道。
资料来源：弗劳恩霍夫研究所
先前的新闻稿
下次新闻稿
{{comment.DateTimeStampDisplay}
{{comment.Comments}}