小材科研|哈工大冷劲松教授团队《Adv.Sci.》:直写4D打印技术研究进展
_本文原题:哈工大冷劲松教授团队《Adv.Sci.》:直写4D打印技术研究进展
增材制造(3D打印)技术以数字模型设计为基础 , 通过软件与数控系统将材料按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积 , 实现复杂及可定制化结构的构建 。 由于3D打印结构是静止的 , 缺乏功能性及自适应能力 , 因此在智能结构及器件应用上存在诸多限制 。 自2013年4D打印概念被首次提出后 , 4D打印技术受到了国内外学者的广泛关注 。 4D打印技术是在3D打印技术基础上引入了时间作为第四个维度 , 实现了3D打印结构在外界刺激(如热、电、磁、光 , 湿度等)下 , 其形状、性能和功能随着时间发生特定的转变 。 4D打印技术的成型方法包括立体光刻成型技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)、熔融沉积技术(FDM)、聚合物喷射技术(Polyjet)及直写打印技术(DIW)等 。 与其他几种打印技术方法相比 , 直写打印技术具有可打印材料种类广泛 , 打印装置开放等优势 。 基于直写打印技术的4D打印材料及结构 , 展示出了在智能驱动、电子、生物、机器人等领域的应用价值 。
【小材科研|哈工大冷劲松教授团队《Adv.Sci.》:直写4D打印技术研究进展】
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近日 , 哈尔滨工业大学冷劲松教授团队在材料领域权威期刊《Advanced Science》上发表了题为“Direct Ink Writing Based 4D Printing of Materials and Their Applications”的综述文章 。 回顾了直写4D打印技术的发展历史 , 从材料的角度重点介绍了直写4D打印技术的研究进展 。 直写4D打印主要有两种技术路线:一是直接打印可变形材料 , 包括形状记忆聚合物、水凝胶及液晶弹性体等材料 。 二是在直写打印过程中预置应力分布、材料分布 , 实现打印结构在特定激励下释放应力 , 完成主动变形行为 。 文章概述了基于不同类型材料、不同打印策略、不同驱动方法的直写4D打印材料及可变形结构 , 并详细讨论了直写4D打印结构的多功能性 , 及其在电子、生物医学与软体机器人等领域上的潜在应用 。
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图:直写4D打印技术用于不同种类材料的打印 , 实现直写4D打印结构在不同外界刺激下的形状与功能的转变 , 应用于电子、生物医学与软体机器人等领域
综述对直写4D打印技术进行展望 , 未来将在可变形材料的研发 , 4D打印结构多功能性的拓展 , 以及直写打印装置的改进等方面进行深入探索 。 此外 , 在多材料打印过程中通过在特定位置 , 设计不同的材料密度 , 预置不同的内应力 , 将简化多功能材料直写4D打印的制备过程 , 丰富4D打印结构的变形模式 。 建立精确预测打印结构变化的数学模型 , 将对直写4D打印结构实现更为复杂的形状变化提供理论指导 。 随着直写4D打印技术的不断进步 , 智能材料的结构/功能丰富 , 结合设计/模拟方法 , 将满足包括软体机器人、智能器件、生物医用、电子等诸多领域的应用需求 。
该综述近期发表在《Advanced Science》上 , 博士生万雪是文章的第一作者 , 冷劲松教授是通讯作者 。 相关工作得到国家自然科学基金的大力支持 。
全文链接:
http://dx.doi.org/10.1002/advs.202001000
来源:该团队投稿
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