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什么是4D打印?4D打印和3D打印的区别在哪里?

2021年01月09日 16:42 来源:网络整理 手机版

核心提示

3D打印是指使用单一材料打印复杂几何形状模型的制作方式。设计师和科学家致力于在产品原型设计和制造方面优化3D打印机制作流程,使用一系列硬质材料(如塑料,树脂或金属3D打印机),而麻省理工学院和新加坡科技设计大学的研究人员正在探索另一种解决方案。

3D打印是指使用单一材料打印复杂几何形状模型的制作方式。设计师和科学家致力于在产品原型设计和制造方面优化3D打印机制作流程,使用一系列硬质材料(如塑料,树脂或金属3D打印机),而麻省理工学院和新加坡科技设计大学的研究人员正在探索另一种解决方案。

什么是4D打印?4D打印和3D打印的区别在哪里?

形状记忆聚合物与传统的3D打印材料无关。这些材料经过编程可随时间改变形状。也就是说,随着3D打印技术的不断发展,我们能够预见新技术的兴起:4D打印。让我们来看看3D打印领域的新趋势,并了解形状记忆聚合物如何成为增材制造行业的真正革命。

什么是形状记忆聚合物?

根据研究人员关于该主题的报道,形状记忆聚合物(SMP)是一种具有响应环境刺激而显示出大的弹性变形的材料。换句话说,它具有以各种方式改变形状的能力,然后当外部能量施加在其上时,可以回到其原始形式。为了引起这种变化,这种新兴的3D打印材料应该暴露在热,光,电,湿气或具有特定pH的环境中。

什么是4D打印?4D打印和3D打印的区别在哪里?

关于形状记忆聚合物的实验使用高分辨率投影微光刻(PμSL)技术进行,形状记忆聚合物通过将单官能单体树脂作为直链增链剂和多官能低聚物树脂作为交联剂组合而构成。

形状记忆聚合物如何结合3D打印和4D打印

您可能想知道,由于形状记忆聚合物是3D打印材料,为什么我们要谈论4D打印? 这两种技术之间存在哪些差异?它们是如何结合的?正如我们在这篇博文的介绍中所解释的那样,3D打印机一般制作的模型非常坚固,换句话说,是在外部能量冲击下很难改变形状的模型。基本上,4D打印是关于3D打印随时间变化的。

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什么是4D打印?4D打印和3D打印的区别在哪里?

您可以通过使用的材料来区分这两种技术。3D打印所使用的材料可以是当今市场上存在的任何3D打印材料。然而,在4D打印的情况下,需要“智能材料”以使打印过程成功地工作。“智能材料”被市场认为是水凝胶和形状记忆聚合物。其工作原理是当溶剂分子扩散到聚合物网络记忆聚合物中时,它们膨胀。另一方面,形状记忆聚合物能够将其自身转变成不同的形状并且显示可以控制和编程的形状记忆行为。

如何制造形状记忆聚合物?

下图表示基于投影微光刻(PμSL)生产多材料形状记忆聚合物的方式。由于它将使用3D打印技术制造,因此需要3D打印文件。因此,由于3D建模软件程序适用于所有3D打印技术,因此将对象的3D模型切成水平切片。在下一步中,将这些切片图像转移到数字微显示器,该显示器用作动态光掩模。然后,LED投射UV光以形成对应于切片图像的图案并照射到光固化聚合物溶液的表面上。当材料凝固形成相应的层时,下一个切片图像投影在前一个上面。逐层重复该过程,直到形成整个结构。4D打印的过程被认为是多材料混合打印的过程。这是因为它能够使单体和低聚物树脂之间的树脂交换产生最终的形状记忆聚合物。

什么是4D打印?4D打印和3D打印的区别在哪里?

形状记忆聚合物如何工作?

形状记忆聚合物在暴露于某些条件(例如热暴露,水暴露等)后能够在短时间内恢复其初始形状。使聚合物改变形状的关键属性是它们由树脂制成的热机械性能。 由于聚合物树脂制剂和两种树脂在3D打印过程中发生化学反应的方式,聚合物可以改变形状。而且,为了成功地激活形状变化结果,在打印过程中使用精确规定的形状记忆聚合物纤维。

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