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瑞士高精尖科技:5D设计空间3D打印超复杂结构

  • 产品时间:2023-01-04 00:53
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简要描述:近日,苏黎世联邦理工学院(ETHZrich)的简单材料研究人员研发出有了一种3D打印机方法来开发设计具备精致微结构特征的复合材料。在此之前,这种结构特征只在大自然生长的生物材料中看到过。利用这种多材料磁力辅助3D打印机系统(MM-3Dprinting),研究团队早已有效地打破了3D成型能力,甚至转入了一种5D设计空间。 据信这一技术最后可以研发出有多功能的变形硬装置,这种装置可以用作创立类似于人体肌腱或者肌肉的机械相连系统,或者生产硬机器人的选择性掉落-摆放系统等。...

详细介绍
本文摘要:近日,苏黎世联邦理工学院(ETHZrich)的简单材料研究人员研发出有了一种3D打印机方法来开发设计具备精致微结构特征的复合材料。在此之前,这种结构特征只在大自然生长的生物材料中看到过。利用这种多材料磁力辅助3D打印机系统(MM-3Dprinting),研究团队早已有效地打破了3D成型能力,甚至转入了一种5D设计空间。 据信这一技术最后可以研发出有多功能的变形硬装置,这种装置可以用作创立类似于人体肌腱或者肌肉的机械相连系统,或者生产硬机器人的选择性掉落-摆放系统等。

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近日,苏黎世联邦理工学院(ETHZrich)的简单材料研究人员研发出有了一种3D打印机方法来开发设计具备精致微结构特征的复合材料。在此之前,这种结构特征只在大自然生长的生物材料中看到过。利用这种多材料磁力辅助3D打印机系统(MM-3Dprinting),研究团队早已有效地打破了3D成型能力,甚至转入了一种5D设计空间。

据信这一技术最后可以研发出有多功能的变形硬装置,这种装置可以用作创立类似于人体肌腱或者肌肉的机械相连系统,或者生产硬机器人的选择性掉落-摆放系统等。  研究人员指出,将多种材料融合在一个3D打印机对象中就为创立动态可编程的对象建构了可能性这种可能性我们早已看见了,比如用于读取了阴极和阳极材料的油墨构建微型锂离子电池的必要布线;或者将细胞与生物相容性水凝胶融合一起探究的组织再造的可能性等等。这些3D打印机的设计往往类似于自然界中活细胞生长生物材料的方法,但是直到现在,人类设计的结果也没超过与之完全相同的简单水平。与常规的3D打印机技术比起,活细胞所不具备的独立国家局部成份和纹理掌控水平最少多出了两个维度(或者维度)。

他们说明说道。  而受到自然界中简单多样的建构方式的灵感比如植物需要根据环境因素的影响转变自己的形状研究者们设计了一种可以在5D设计空间编程并生产制备微结构的增材生产方法。所谓的5D设计空间,所指的是除了增材生产的3D成型能力之外,还包括了合成物的本地掌控(1D)和颗粒方向(另外1D)。

  MM-3D打印机平台原理图。  用3DDiscovery公司的regenHU改装的MM-3D打印机平台  在天工社网站中,我们早已认识到了一些4D打印机的技术,比如那些用于3D打印机的形状记忆高分子材料创立的简单的自我拉链结构等。而为了构建5D可编程性,瑞士研究人员用于了一种将具备磁号召属性的颗粒漂浮在液态光敏树脂中做成的墨水。随后他们改装成了一台商业3D打印机3DDiscovery公司的regenHU,后用它来沉积墨水。

  改装成后的3D打印机配有了四个可独立国家传输速率定位的注射器,每个注射器里可鲜花有所不同配方的墨水。这台3D打印机上还加装了一个由两个部件构成的混合/分配单元,并由该单元来触油墨构成的变化。

至于墨水,研究人员用于了两种具备有所不同历史发展特性的墨水:具备粘弹性的成型墨水,用作分解外框;低粘度的纹理墨水,用作轮廓内的打印机。  带上内部螺旋楼梯的MM-3D打印机对象。成型墨水被命令为灰色,而纹理墨水被命令为米色。

周边的黑色图案则代表了光刻掩模  为了展出自己研发的MM-3D打印机平台所不具备的定向、填充和形状控制能力,研究人员打印机出有了一个具备简单形状以及与自然界几乎有所不同的非均质细致微结构的3D对象(见上图)。他们将这个对象沦为螺旋,该对象的外部呈现出了各种有所不同的突起和凸起的曲面,而其内部则将众多小片汇聚成螺旋楼梯的形式,从底部仍然伸延到顶部。

整个对象的大小仅有为18毫米,其圆形底座直径为16毫米,顶部直径为10毫米,总共由60个圆形层构成。科学家们称之为,这种极端简单的小尺寸3D打印机对象代表了一种更为先进设备的人造物体,这种物体比以前更为相似于生物材料和植物系统中那种非常丰富、简单、高效的几何形式。

  研究者还需要用于这种3D打印机平台建构出有软性的机械紧固零件和3D变形的锁键连接器。虽然可以设想许多其他功能,但我们获取的例子还包括利用非均质复合材料的应力来生产软性的机械紧固件,这种紧固件的工作原理十分类似,它不必须任何化学黏合,几乎可以根据紧固系统预先编程好的形状变化带上驱动有所不同部件之间的机械互锁。

  他们明确提出这种紧固系统可以创立类似于人体肌腱或者肌肉的机械相连系统,或者这种可新的设置的锁键连接器也可以用于需要自律启动时的灵活性关节等。  通过MM-3D打印机技术打印机的可编程变形对象生产的软机械紧固件  这项研究的领导者为DimitriKokkinis、ManuelSchaffner和AndrR.Studart,并获得了美国空军科学研究办公室、瑞士国家竞争力与研究中心(NCCR)和苏黎世联邦理工学院的资助。


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