發布日期：2022-10-09 點擊率：134
隨著3D打印技術日益為人們所知，4D打印的概念也開始時不時地被人提起。而所謂的4D打印，實際上就是對具有形狀記憶功能的智能材料，比如形狀記憶聚合物（SMPs），等的3D打印，通常這種材料在打造成為新的形狀以后，在受到外部刺激，比如熱、應力等，會恢復到原來的形狀。
近日，在耶路撒冷希伯來大學Casali應用化學中心的一群研究人員，就將4D打印引入了柔性電子領域。更重要的是，這群研究人員使用一臺PLA 3D打印機就實現了對形狀記憶聚合物的打印。在此之前，科學家們進行4D打印要么使用低級的擠出式打印機，要么使用高端的多材料噴墨3D打印機。而Casali中心的研究人員使用的則是一臺Asiga Pico Plus39 DLP光固化3D打印機，就能夠以比我們通常使用的3D打印機更高的分辨率打印SMPs。
“此外，”該項目的研究人員Michael Layani說：“在此之前，4D打印的結構主要是基于其敏感的部位的，也就是說其整個結構只有一小塊具有反應性，因此其形狀記憶行為是有限的，只能沿著特定的執行路線進行，而我們的結構則是完全自由的，可以對其形狀記憶路線進行編程。”
在最近提交給《Advanced Materials》的一篇名為《用形狀記憶聚合物3D打印柔性電子器件（3D Printing of Shape Memory Polymers for Flexible Electronic Devices）》的論文中，研究人員們解釋了他們是如何將SMPs用于柔性電子領域的。
在這項研究中，科學家們開發出了一種工藝，該工藝能夠創建出具有完整運動能力的結構，而不是只有特定的部分可以運動。他們創造了一個定制的加熱樹脂桶，在這個樹脂桶中Asiga 3D打印機的打印平臺是逐層降低的。通過在底部用UV光進行逐層固化，他們能夠避免氧分子的抑制作用。除此之外，研究人員還在網絡上下載了一些開源的STL文件，用于打印測試模型，比如一只鳥、一個埃菲爾鐵塔和一個血管支架。
這些3D打印出來的模型在室溫條件下是剛性、蠟樣的，然后研究人員使用熱風槍將其加熱到熔點以上，它們就變軟了并可以再塑形。于是研究人員改變了它們的形狀并將其冷卻到熔點溫度以下，使其重新固化。但是當它們再次被加熱時，記憶被觸發，模型又恢復了其原始的形狀。
研究人員們稱，在將此技術應用于柔性電子電路時，可將SMPs集成到導電材料中以觸發其移動能力。比如一個平板的SMP電路，用導電的銀納米粒子油墨印刷，可以通過施加和撤銷電壓觸發其運動，從而導致電路的開啟和關閉。
“這樣的響應對象可用于軟機器人、微創醫療設備、傳感器和可穿戴電子產品的制造等。”研究人員說，“3D打印技術的使用克服了熱固性樹脂難以加工的特性并可以實現其它技術難以實現的復雜的幾何形狀。”
下面是一個視頻是研究人員使用該技術打印的飛龍，它在70°C的熱刺激下恢復到了原來的形狀。注意，視頻里的速度是實際發生速度的16倍：
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