4Dプリント形状記憶機能材料

4Dプリント形状記憶機能材料
寄稿者: Hou Zhanghao、Tian Xiaoyong

4Dプリンティングは、複雑な構造部品を形成できる3Dプリンティングの特徴だけでなく、温度、光、電場、磁場などの外部刺激を受けて、3Dプリント部品の形状、性能、機能を変化させる能力も備えているため、バイオニック構造、ロボット、電子機器、医療、組織構造などに使用されています。

東華大学の張偉氏らは、FDM技術を使用して形状記憶ポリマーPLA材料を印刷し、図1に示すように3次元編組構造を設計および準備し、印刷した構造をシリコーンゴムマトリックスに配置して、形状記憶機能を備えた編組管状PLA /シリコーンゴム複合材料を準備しました。配合工程では、空気の影響を避けるため、真空環境で実施する必要があります。さらに、FDM で印刷された純粋な PLA 構造への高温の影響を回避するために、硬化プロセスでは室温を採用しています。

図1 3次元編組構造モデルと作製したサンプル 4Dプリントされた形状記憶編組チューブの形状記憶挙動を図2に示します。まず、サンプルをPLAのガラス転移温度よりも高い温度環境に置き、外部荷重を加えて中間形状に保ちます。次に、周囲温度を PLA のガラス転移温度以下に下げて荷重を解除したところ、サンプルは中間形状を維持しました。最後に、サンプルの周囲温度を上昇させ、サンプルをほぼ元の形状に戻すことができます。


図2 4Dプリントされた形状記憶編組チューブの形状記憶挙動。この研究では、微細構造パラメータと形状回復温度が形状記憶挙動に及ぼす影響も体系的に研究されました。純粋な PLA 材料と比較して、シリコンゴムを導入すると、形状回復能力が向上するだけでなく、複合材料の機械的支持力も向上します。優れた形状記憶挙動と機械的特性は、この技術の大きな応用可能性を証明しています。

参考文献:
W. Zhang、F. Zhang、X. Lan、J. Leng、AS Wu、TM Bryson、C. Cotton、B. Gu、B. Sun、T. Chou、「4Dプリント繊維機能性複合材料の形状記憶挙動と回復力」、COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY 160 (2018) 224-230。

寄稿者: Hou Zhanghao、Tian Xiaoyong 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

印刷、形状、メモリ、メモリ機能、機能

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