神奇！麻省理工研發(fā)出能用于3D打印的自行愈合塑料

關(guān)于自愈合材料的打印，之前，德國Freiberg的研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出面向未來的可自行愈合裂隙或恢復(fù)原狀的4D打印技術(shù)。而英國的Ilika研究出可自愈合的4D打印技術(shù)并獲得215萬英鎊的政府資金支持，其中Ilika的CEO來自于英國劍橋大學(xué)。值得注意的是，F(xiàn)reiberg以及Ilika研究的領(lǐng)域是金屬打印的范疇。

近日，麻省理工和新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)在塑料的3D打印獲得了自愈合方面的進(jìn)展。他們開創(chuàng)的3D打印熱響應(yīng)性聚合物材料，能夠記得原來的形狀，即使被暴露在極端壓力和扭轉(zhuǎn)彎曲成無用的形狀，只要把對象放回他們的響應(yīng)溫度下，立即在幾秒鐘內(nèi)回到原來的形式。

這是一個(gè)巨大的創(chuàng)新，可以使3D打印適用于更廣泛的應(yīng)用。開拓性的研究人員已經(jīng)在研究控制藥物輸送和太陽能電池板跟蹤解決方案。這一突破性的創(chuàng)新被發(fā)表在Nature雜志上，題目為 《Multimaterial 4D Printing with Tailorable Shape Memory Polymers》  （4D打印多材料形狀記憶聚合物）

該研究小組還包括SUTD助理教授Kevin Ge和羅格斯大學(xué)助理教授Howon Lee（兩人之前都屬于麻省理工學(xué)院）。他們解釋說，這些4D打印方法可以應(yīng)用于不同尺寸的打印。“我們的方法不僅使4D打印在微米量級得以實(shí)現(xiàn)，而且也可以應(yīng)用于更大的對象打印，以獲得更廣泛的商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域所需要的記憶聚合物。這將4D打印推進(jìn)到廣泛的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，包括生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、航空航天結(jié)構(gòu)件、太陽能電池等。”

當(dāng)然，這不是第一次關(guān)于軟、活性材料的探討。除了溫度的刺激，科學(xué)家們還在其他環(huán)境刺激（如熱、光、電）的不同情況進(jìn)行了研究，為生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人和可穿戴式應(yīng)用打開了更多可能性。記憶是一種特別有用的特性，因?yàn)樗试S物體在不同的柔軟程度、彈性狀態(tài)下進(jìn)行切換。在這種特殊的情況下，即使室溫也可以“凍結(jié)”這些材料，使之呈現(xiàn)出不同的形狀，而一個(gè)稍高的溫度又可以使這些材料瞬間“彈”回堅(jiān)實(shí)的狀態(tài)。

但通常的3D打印方式并不是制造這些材料的最理想方法，主要影響因素是微觀層面上的精度。在達(dá)到極細(xì)微的打印精度情況下，這些材料可以瞬間恢復(fù)其原始形狀。這就好比一朵花可以在幾毫秒內(nèi)釋放花粉，它只能能夠這樣做，是因?yàn)樗尿?qū)動機(jī)制是在微米尺度上的。

研究團(tuán)隊(duì)所使用的3D打印技術(shù)是DLP技術(shù)，特別之處在于來自半導(dǎo)體行業(yè)的高分辨率鏡頭。為了創(chuàng)建理想的形狀記憶材料，他們最終決定將一種長鏈聚合物，和另一種較硬的聚合物混合打印。固化后的混合材料可以很容易地承受拉伸和彎曲而不破裂。

研究團(tuán)隊(duì)打印的埃菲爾鐵塔可以被拉伸到原來長度的三倍，而不斷裂，并在幾秒內(nèi)返回它們的原始形狀。但最實(shí)用的例子是軟機(jī)械手。爪子在溫暖的環(huán)境自動關(guān)閉起來，可以拿起一個(gè)小螺栓，甚至還魚蛋和軟豆腐。

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