可通过可控制的离中心独立的4D打印连续纤维增强液晶弹性体复合材料进行可编程的空间变形
Qingrui Wang1, Xiaoyong Tian2, Daokang Zhang1
1State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, 710049, Shaanxi, China.
Nature communications
|June 30, 2023
概括
本研究介绍了一种使用液晶弹性体和连续纤维的4D打印方法. 这种新的方法使得独立的,高承载能力的3D结构具有可编程的变形,可用于先进的应用.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
背景情况:
- 4D打印结构为软机器人等应用提供了高变形能力.
- 由于可编程分子定向,液晶弹性体 (LCE) 对3D结构具有前景.
- 目前的LCE 4D打印方法仅限于平面结构,限制了设计和承载能力.
研究的目的:
- 开发用于独立的,连续纤维增强的LCE复合材料的4D打印方法.
- 为了提高4D打印结构的机械性能和变形设计能力.
- 克服现有的LCE 4D打印技术的局限性.
主要方法:
- 使用直接墨水写作 (DIW) 进行4D打印.
- 结合连续纤维来支印刷过程中的独立结构.
- 调整纤维的离中心分布,以控制复合材料接口和性能.
主要成果:
- 实现了独立的,连续纤维增强的4D打印LCE复合材料.
- 证明了可编程的变形能力和高承载能力.
- 印刷的LCE复合材料承载了自身重量的2805倍,并在150°C时达到0.33mm-1的曲曲率.
结论:
- 拟议的DIW方法可以制造复杂的3DLCE结构,并提高机械性能.
- 这一进步为软机器人,机械超材料和人工肌肉开辟了新的可能性.
- 连续纤维的整合显著提高了4D打印LCE的承载能力和变形能力.
