南方科技大学が共有結合適応ネットワーク形状記憶ポリマーを開発するための再構成可能な4D印刷技術を発表

南方科技大学が共有結合適応ネットワーク形状記憶ポリマーを開発するための再構成可能な4D印刷技術を発表
この投稿は warrior bear によって 2025-1-22 16:54 に最後に編集されました。

2025年1月22日、アンタークティックベアは、南方科技大学の研究者が、変形可能な構造物の製造方法を大幅に簡素化する再構成可能な4D印刷技術を導入したことを知りました。この新しい技術は、3D プリントされた形状記憶ポリマー (SMP) 構造に再構成可能性と溶接可能性を与えることで、4D プリント技術に付加価値をもたらします。

関連する結果は、「機械的に堅牢な共有結合適応型ネットワーク形状記憶ポリマーによる再構成可能な 4D 印刷」というタイトルで Science Advances に掲載されました。

論文リンク: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl4387
SMP 材料は比較的高い弾性率のため、4D プリントで広く使用されています。 4D プリンティングで使用されるほとんどの SMP は熱硬化性材料です。つまり、化学構造が決定されると、永続的な形状しか「記憶」できないということです。
近年のいくつかの研究では、共有結合適応ネットワーク (CAN) を SMP に導入して、さまざまな再構成可能な永久形状を実現していますが、既存の動的共有結合 SMP では、形状記憶性能、変形再構成機能、高精度印刷性能を考慮できません。
上記の問題に対応するため、南方科技大学機械エネルギー工学部の葛奇教授のチームは再構成可能な4D印刷技術において重要な進歩を遂げ、高い機械的特性を持つ共有結合適応ネットワーク形状記憶ポリマー(MRC-SMP)を開発しました。これはデジタル光処理(DLP)高解像度3D印刷に使用でき、再構成可能で大変形、高精度の4D印刷を実現します。
図 1. 再構成可能、大変形、高解像度の 4D プリントを実現する MRC-SMP。 (a) DLP 3Dプリンターで印刷された高解像度MRC-SMP格子構造の大変形形状記憶挙動。 (b) 再構成された円弧状MRC-SMP格子構造の形状記憶挙動。 (c) 3Dプリントされ再構築された3つのMRC-SMP格子構造をプリントされた円形コネクタに溶接して製造された形状記憶グリッパー。
MRC-SMP 格子構造は DLP プリンターを使用して印刷され、大きな変形形状記憶挙動を示しました (図 1a)。図 1b に示すように、エステル交換反応によって生じた格子構造の永久的な形状再構築と、形状構成された MRC-SMP は依然として大きな変形性能と形状記憶特性を備えています。さらに、共有結合適応ネットワークにより、MRC-SMP は高強度溶接能力も備えています。 3 つの高精度プリント MRC-SMP 格子構造と MRC-SMP コネクタを溶接と形状再構築により把持グリッパーに形成しました (図 1c)。 MRC-SMP グリッパーは、最初に展開状態になり、その後、形状記憶によって把持状態に戻り、重い物体を持ち上げるようにプログラムできます。
MRC-SMP の再構成可能な特性とマルチマテリアル印刷を組み合わせることで、任意の形状の 3 次元形状記憶折り紙構造を製造できるようになり、複雑な SMP 折り紙構造の製造に必要な時間が大幅に短縮されます。図2aに示すように、このマルチマテリアル折り紙は、変形可能なヒンジとしてMRC-SMPを使用し、剛性ボード表面として耐熱性と強度に優れた光硬化性樹脂を使用しています。
南方科技大学の研究者らが再構成可能な 4D プリンティングを進歩させ、共有結合適応型ネットワーク形状記憶ポリマー (MRC-SMP) を開発しています。
図 2. 複数の材料で再構成可能な形状記憶折り紙。 (ab) 再構成可能な形状記憶折り紙のさまざまな形状再構成と形状記憶動作。 (d) 重い物を運んでいる再構成された折り紙の形状 2 のスナップショット。 (e) 室温でのさまざまな折り紙の形状の圧縮テスト。 MRC-SMP の優れた変形能力により、1 枚の印刷された折り紙を複数の SMP 折り紙に迅速に再構成することができます (図 2a-c)。 MRC-SMP のガラス転移温度が高いため、3D 折り紙構造は室温で高い剛性を持ち、大きな荷重を支えることができます (図 2d-e)。
論文の第一著者は南方科技大学機械エネルギー工学部の李鴻庸研究助教授、責任著者は葛奇教授、南方科技大学が第一所属部署である。
この研究は、中国国家自然科学基金、広東省珠江人材計画、広東省自然科学基金、深セン市科学技術イノベーション委員会の支援を受けて行われました。
4Dプリント

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