建模受约束的恢复UV-可治愈的形状记忆聚合物向4D打印
Haixin Zhang1, Ruirui Zhang1, Chao Yuan1
1State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures, Department of Engineering Mechanics, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China.
Chem & bio engineering
|February 20, 2025
概括
本研究介绍了用于4D打印的紫外线可固化形状记忆聚合物 (SMP) 的热电弹性模型. 该模型准确地预测了在约束条件下的形状恢复,改善了智能材料的设计.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物科学 聚合物科学
- 增材制造 增材制造 增材制造
背景情况:
- 紫外线 (UV) 可愈形状记忆聚合物 (SMP) 是4D打印中不可或缺的先进智能材料.
- 它们在4D打印中的应用利用了它们与立体石版的兼容性和创建可编程变形的能力.
- 当前的模型往往将形状恢复理想化为一个自由的过程,因为未解决的外部约束而高估了性能.
研究的目的:
- 开发分析解决方案,以在受约束条件下预测UV可固化的SMP的形状恢复.
- 调查各种训练参数对形状恢复应力和比率的影响.
- 为设计4D打印形状记忆结构提供定量理论工具,用于实际应用.
主要方法:
- 将紫外线交联的SMPs建模为热电弹性固体.
- 导出最大回收应力 (完全受限) 和形状回收比率 (部分受限) 的分析解决方案.
- 对诸如编程应变,温度,存储时间,恢复温度和约束压力等因素进行参数研究.
主要成果:
- 开发的模型准确地预测了在受约束条件下的形状恢复应力和比率.
- 参数研究揭示了训练参数对形状恢复行为的显著影响.
- 理论预测与实验和数值模拟结果有很好的一致性.
结论:
- 热电弹性模型提供了一个强大的理论框架,用于理解和预测4D打印结构中的形状记忆行为.
- 该模型解决了理想化的自由恢复假设的局限性,并考虑了现实世界的约束.
- 这些发现为4D打印形状内存聚合物应用的定量设计提供了宝贵的指导.
