4-D trüki pöörduv kuju muutvad materjalid valguspõhise heledusega mustriga

İlter Denizoğlu (Vokoloji Uzmanı) - Emre Yücelen İle Stüdyo Sohbetleri #12 (Juuli 2019).

Anonim

Pöörduv kuju muutus on paljude biomeditsiiniliste rakenduste jaoks väga soovitav omadus, sealhulgas mehaanilised ajamid, pehmed robootika ja kunstlikud lihased. Mõned materjalid võivad valguse kiiritamisel muuta suurust või kuju, käivitades mehaanilise deformatsiooni ilma otsese kontaktita, pakkudes väljavaateid kaugjuhtimiseks. Pöörduvate, kuju muutvate struktuuride (RSC) konstruktsioonide arendamiseks kasutatakse koos muude mitteaktiivsete materjalidega aktiivseid materjale, mis reageerivad välistele stiimulitele nagu valguse, soojuse või elektriväljad. Ehkki multimeediumiga trükitud multimeedia trükkimine on võimaldanud RSC-konstruktsioonide projekteerimist ja valmistamist, on võimalik trükkida ainult konkreetseid materjale, mis piiravad laialdast kasutamist.

Alternatiivina esitati hiljuti lihtsa meetodi abil, kasutades mustvalget skaalat, et juhtida projitseeritava mustri valgust intensiivsuse jaotust fotopolümeeride või valgusaktiveeritud vaikude suhtes ning kutsuda esile ristlüli, et luua pöörduvad, isevalguvad ja lahtivõetavad 2-D origami struktuurid. Erinevad valguse intensiivsused tekitasid fotokummiga polümeerlehtedes erinevaid ristsildamistihedusi. Uues uuringus teisaldas Qi ja tema kaastöötajad valge tasakaalu muster kontrollitava valguse intensiivsuse jaotamiseks 2-D pinnast kuni 3-D trükkimiseni inseneri RSC struktuuride kihiks. Kui halltoonide mustrid olid hästi kavandatud, siis saadi võimalikuks mitmesugused 3-D-struktuurid, mis suudavad 4-D käitumisega pööratavalt (neljanda mõõtmega) aeglustuda ja paisuda. Tulemused avaldatakse multifunktsionaalsetes materjalides IOP Science.

Põhimõtteliselt tõendas uuring digitaalvalgustusega (DLP) printerit halltooni 4-D printimiseks UV-projektori valgusallikaga, et printida polüetüleenglükool-diakrülaadist (PEGDA) valmistatud fotokeemilist polümeerpolümeeri (PEGDA), butüülmetakrülaati (BMA), butüülakrülaat (BA), fotoinitsiaatorid ja fotoabsorbers. Huvipakkuv struktuur kujundati esmalt ja viidi iga trükikihile vastavatele piltidele. Iga pildi mustvalge skaala erinevates ruumilistes positsioonides töödeldi Matlabiga ja edastati UV-projektoriks printimiseks. Materjalide valmistamise põhimõte põhines vedela vaigu lahuse fotoindutseeritud kõvenemise valguse kiirgusel. Töödeldud toode oli struktuur, millel on erinevad ristlinde tihedused erinevates ruumilistes asendites, et võimaldada pöörduva kuju muutumist.

Kui trükitud struktuur kasti veevanni, siis algas desolvatsiooni all mõistetav protsess, kuna väikesed oligomeerid erinevalt ristsillatud materjalist, mis difundeeriti struktuurist välja, võimaldades trükitud struktuuril deformeeruda vähem kõvenenud osa poole. Hallakeelsete mustrite kujunduse põhjal moodustasid desolvatsiooni poolt indutseeritud deformatsioonid mitmesugused isoleeruvad struktuurid.

Kuju muutus oli pöörduv ja suhteliselt kiire atsetooni lahuses; struktuurid absorbeerisid lahusti paisutama ja taastati oma esialgse kuju samas lahuses. Taastatud struktuur kaotaks pärast atsetoonist eemaldamist tagasi, pöördudes tagasi selle sekundaarse struktuuri õhus.

Põhimõtteliselt kontrolliti viilutatud kujutise iga piksli halltooni valguse intensiivsust või valguse annust, mis mõjutas materjali lõplikku konversiooni printimise ajal. Protsess digiteeriti, et täpselt hallata mustreid ja sellest tulenevat konstruktsiooni. Uuesti välja töötatud materjale iseloomustati, kasutades fotopolümeriseeritud proovi kuumtöötluse taset (DoC) ATR-FTIR (nõrgestatud üldpeegeldus-Fourier transform infrapunane spektroskoopia), millele järgnes noorte mooduli kvantifitseerimine materjali jäikuse testimiseks, fotokuupatsiooni reaktsioon kineetika ja desolvatsiooni ja taastumise kvantifitseerimine.

Aktiivsed struktuurid, mis muundavad kuju või toimivad pöördumatult vastusena välisele stiimulile, on rakendused kosmosetehnoloogia, meditsiiniseadmete ja paindliku elektroonika kujundamiseks mälu polümeeridena. Self-laienevad / kahanevad struktuurid on kasulikud kui kerge käitur ja rakendused endovaskulaarsed stentid. Sellised kujundused töötati uurimuses samuti välja iseseisva / kahaneva materjalina, kasutades mustvalge 4-D trükitehnoloogiat. Transformeerimise aeg varieerus 6 minutit atsetoonis ja 25 minutit õhu käes. Seejärel laiendati kontseptsiooni samale meetodile lamedat pinda kuubikujundiks, taastumisaeg atsetoonis oli ligikaudu 4 min ja õhu kuivamise aeg oli 8 minutit. Kasutades sama kontseptsiooni Wu et al. loonud ka lillakujulise struktuuri, mis lõhestaks lahuses ja õitsema õhus.

Teadlased arendasid ka täiendavaid auxetic struktuure või metamaterjalid (millel on oma olemuselt negatiivne Poissoni suhe) koos tavapäraste materjalidega (positiivne Poissoni suhe), mis kasutavad trükitehnikat, et muuta nende kahe protsessi ümberkujundamine.

Hallakeelne 4-D trükkimismeetod töötati välja põhimõtte tõendina, et pakkuda lihtsat ja ökonoomset tehnikat aktiivsete struktuuride loomiseks. Autorid pakuvad mitmesuguseid potentsiaalseid biomeditsiinilisi rakendusi tehnoloogilistele materjalidele kui komposiitmaterjalidele pehmetes robootika ja endovaskulaarsetes stentides.

menu
menu