使用形狀記憶聚合物進行Swift4D打印

形狀記憶聚合物或變形材料是近年來在材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域獲得廣泛關(guān)注的智能材料，用于構(gòu)建智能結(jié)構(gòu)和設(shè)備。數(shù)字光處理是一種基于光聚合的方法，其技術(shù)速度顯著加快，可一步打印完整層以創(chuàng)建智能材料。

FahadAlam和沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)電氣和計算機工程以及核工程領(lǐng)域的科學(xué)家團隊開發(fā)了一種簡便快速的方法，可通過數(shù)字光打印3D打印基于形狀記憶聚合物的智能結(jié)構(gòu)3D打印機和定制樹脂。

他們將液晶(一種可以隨溫度改變形狀的材料)與樹脂相結(jié)合，為直接3D打印熱響應(yīng)結(jié)構(gòu)引入形狀記憶特性，同時避免了樹脂制備的復(fù)雜性。該團隊打印了具有不同幾何形狀的結(jié)構(gòu)并測量了形狀記憶響應(yīng)。形狀記憶聚合物可以方便地制備用作智能工具、玩具和超材料。

形狀記憶聚合物屬于一類雙形狀智能聚合物，可以發(fā)生機械變形并根據(jù)環(huán)境參數(shù)恢復(fù)到原始形狀。形狀記憶聚合物的恢復(fù)取決于外部刺激的施加，例如熱、光、電、濕度和pH值變化。

此類材料是可變形的結(jié)構(gòu)，由于其多功能性和工業(yè)可行性，近年來引起了人們極大的興趣。研究團隊展示了通過數(shù)字光處理4D打印形狀記憶聚合物;一種基于還原光聚合的3D打印方法。結(jié)果凸顯了3D打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)對于各種應(yīng)用的適用性。

創(chuàng)建形狀記憶效果

研究團隊通過研究形狀誘導(dǎo)和恢復(fù)過程，研究了3D打印樣品的形狀記憶效應(yīng)。該方法可以輕松、高分辨率地打印復(fù)雜的3D設(shè)計。這些結(jié)構(gòu)可用于多種應(yīng)用，如靈活的智能貼片、尺寸可變的機械工具和可變形玩具。在這項工作中，阿拉姆和同事開發(fā)了一種基于液晶與光固化樹脂混合的形狀記憶聚合物，以開發(fā)一種半結(jié)晶聚合物，并根據(jù)之前的研究描述了其作用機制。

研究小組利用掃描電子顯微鏡觀察了有或沒有液晶的3D打印橫截面的內(nèi)部形態(tài)。然后，他們觀察了形狀記憶聚合物相對于其在承重后恢復(fù)能力的反應(yīng)。目前的工作展示了3D數(shù)字光處理對創(chuàng)建具有4D效果的形狀記憶聚合物的影響?？茖W(xué)家們量化了形狀記憶響應(yīng)，以顯示恢復(fù)角比與時間的關(guān)系。

可調(diào)節(jié)的機械性能

研究人員探索了3D打印智能記憶聚合物的前景應(yīng)用。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，阿拉姆和同事通過對狗骨樣本進行拉伸測試來確定材料的機械性能，以展示如何通過調(diào)節(jié)晶格結(jié)構(gòu)的形狀來調(diào)整印刷材料的機械性能。

他們通過有限元模擬證實了智能材料的機械可調(diào)性，并將實驗結(jié)果與有限元分析的拉伸測試結(jié)果進行了比較。通過實驗觀察到的二維晶格的機械性能與通過模擬預(yù)測的一致?；陟`活性和拉伸性，Alam和團隊對樣品進行了應(yīng)變測試和關(guān)節(jié)運動傳感應(yīng)用測試。

為了通過聚合物集成促進關(guān)節(jié)運動，科學(xué)家們應(yīng)用了納米銀基導(dǎo)電涂層作為電極，這需要進一步優(yōu)化打印參數(shù)?？茖W(xué)家們通過拉伸和壓縮結(jié)構(gòu)以促進患者運動來測量電阻的變化。

所制備的格子電極貼片的電阻測量結(jié)果表明其作為關(guān)節(jié)運動傳感的智能貼片的潛力;這可以應(yīng)用于人類的膝蓋、肘關(guān)節(jié)、假肢或真肢來感知運動。這種電極貼片可以通過簡單快速的制造過程根據(jù)患者的尺寸進行定制。

外表

這樣，F(xiàn)ahadAlam和團隊提出了一種3D打印智能材料的方法，首先使用形狀記憶聚合物，通過數(shù)字光處理輕松快速地制造?？茖W(xué)家們定制了3D打印的物體，以創(chuàng)建隨時間變化的結(jié)構(gòu)，這就是所謂的4D打印。他們通過將液晶與樹脂結(jié)合并使用商用桌面打印機進行打印來實現(xiàn)這一目標(biāo)。研究人員利用該方法制造了各種復(fù)雜的物體，包括格子貼片、可折疊玩具、智能包裝和機械扳手。

科學(xué)家們對這些物體進行加熱，暫時改變它們的形狀，并用于隨后的形狀恢復(fù)應(yīng)用。該團隊利用拉伸測試來展示形狀記憶聚合物的可調(diào)節(jié)性質(zhì)，以滿足生物醫(yī)學(xué)工程中的特定應(yīng)用。這種3D打印的晶格貼片非常適合關(guān)節(jié)運動應(yīng)用中的應(yīng)變傳感。研究人員記錄了3D打印智能貼片的電阻變化，以檢測患者假肢關(guān)節(jié)和手臂的運動。

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