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【中国智能制造网 技术前沿】日前，瑞士苏黎世联邦理工学院正在进行一项4D打印研究，概述了形状记忆聚合物如何成为生产适应性材料的催化剂，这种材料在加热时也能恢复到原来的形状。4D打印在无法手动实现配置更改以及机电驱动不可行的应用中具有很大的潜力。
瑞士科学家利用热能在4D打印领域取得进展
随着科学家将研究范围扩大到创造对研究有帮助的物品和材料，对4D打印的兴趣不断增长，这是因为它们适应周围的环境，经常变化，然后又回到它们的原始形式。
现在苏黎世联邦理工学院的Marius Wagner、Tian Chen和Kristina Shea进行的一项研究概述了形状记忆聚合物如何成为生产适应性材料的催化剂，这种材料在加热时也能恢复到原来的形状。他们的研究解释他们如何使用以下内容：
3D打印
热粘弹性超材料
可编程设计
科学家们用这种新方法表明，这些材料不仅可以适应和恢复，而且可以表现出高达百分之二百的变化。这一切都是在“大型变形4D辅助结构”文章中解释的。文章解释了由于热激活变化而引起的复杂几何形状的变化。这些3D打印拉胀超材料基于通过实验表征获得的热粘弹性材料性质扩展到4D领域。据科学家们说，4D打印允许时间作为第四维。
研究人员在他们的论文中指出：“4D打印在无法手动实现配置更改以及机电驱动不可行的应用中具有很大的潜力，例如在航空和医疗领域。另外，4D设计还具有体积和支撑减少的优势。”
其他研究人员在过去的项目中进行了这样的实验。团队仔细检查了这些问题，并决定实施可以“平铺形成活动结构”的材料，通过编程可以创建更的设计，并将重点放在更简化的程序上。
“为了简化制造过程，所提出的超材料由单一材料组成。它们可以用廉价的喷墨打印工艺并使用市售材料制造。这也扩大了为各种应用制造4D设计的潜力。”该小组在论文中表示。
科学家使用Stratasys Objet500 Connex3 3D打印机来制作必要的超材料，用VeroWhitePlus RGD835制造。他们测试了四个不同的参数：
玻璃化转变温度Tg；
完全松弛的模量；
热膨胀系数(CTE)；
不同温度下储能模量的频率扫描；
然后进行三点弯曲实验以测试形状记忆，并与使用相同材料的模型进行比较。据研究人员介绍，在有限元模拟中，温度被用作样品温度输入。
“为了模拟超材料，我们使用来自热粘弹性材料表征实验的数据来调整粘弹性本构模型。三点弯曲测试显示模型的准确性。为了减少计算量，构建了简化梁模型来预测复杂活性结构的力和变形。为了证明这些超材料可以符合一个给定的边界，一个基于字母的结构被制造并编程成圆形。仿真结果证实了这种行为，”研究人员总结说。
(原标题：瑞士联邦理工学院：研究人员利用热能在4D打印方面取得突破)
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