研究人員利用4D打印技術(shù)制造無(wú)需模具的曲面復(fù)合材料

??近年來(lái)，4D打印技術(shù)一直是許多研究的主題。就在本周，達(dá)特茅斯學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種可3D打印的智能墨水，可以改變形狀和顏色，他們與使用4D打印技術(shù)做新穎事物的其他團(tuán)隊(duì)不同。 Concordia大學(xué)機(jī)械、工業(yè)和航空航天工程系教授SuongVanHoa正在使用4D打印技術(shù)制造復(fù)合材料，可以自行彎曲，無(wú)需使用模具。

??“4D打印使我們能夠制作彎曲的復(fù)合結(jié)構(gòu)，而無(wú)需制作彎曲的模具，”Hoa說(shuō)?！拔业闹饕l(fā)現(xiàn)是，人們可以制作彎曲的復(fù)合材料-具有高機(jī)械性能的長(zhǎng)連續(xù)纖維，能夠?qū)崿F(xiàn)更快速、更經(jīng)濟(jì)。”

??通常，在制造像復(fù)合板簧這樣的部件中需要幾個(gè)步驟，這是車輛中的輕質(zhì)減震器。為了制作S形件，S形模具需要由金屬等固體材料制成。然后將預(yù)浸有樹(shù)脂體系的增強(qiáng)織物放置在模具上以形成復(fù)合件。但是，Hoa表示，采用4D打印技術(shù)可以省略構(gòu)建復(fù)雜模具的初始步驟。

??“復(fù)合材料的4D打印利用了基體樹(shù)脂的收縮率，以及不同纖維取向的層的熱收縮系數(shù)的差異，從而在固化和冷卻時(shí)激活形狀的變化，”他說(shuō)?！斑@種行為可以用來(lái)制造具有彎曲幾何形狀的零件，而不需要復(fù)雜的模具。因此，彎曲形狀的制造可以是快速且經(jīng)濟(jì)的。但是，形狀變化的程度取決于材料特性、纖維取向、疊層順序和制造工藝。”

??Hoa的部分研究涉及重新考慮復(fù)合層的各向異性特性。各向異性是材料沿不同軸線承受載荷時(shí)的表現(xiàn)方式。材料的各向異性屬性是衡量它如何在與其他因素的關(guān)系上發(fā)生變化的一種度量。例如，樹(shù)脂收縮會(huì)導(dǎo)致材料變形，或者溫度變化會(huì)導(dǎo)致纖維膨脹或收縮。根據(jù)Hoa表示，對(duì)這些變化的理解和控制是制作彎曲模具的彎曲層壓板的關(guān)鍵。

??他說(shuō)：“各向異性在過(guò)去一直被視為一種負(fù)擔(dān)。現(xiàn)在我把他們視為一項(xiàng)資產(chǎn)。”

??Hoa認(rèn)為，該技術(shù)可應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。

??“另一個(gè)應(yīng)用是像衛(wèi)星這樣的空間結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)受到極端溫度波動(dòng)的影響，”他說(shuō)?！鞍滋旖Y(jié)構(gòu)可以開(kāi)放（當(dāng)溫度高時(shí)）收集太陽(yáng)能，并在夜間關(guān)閉以保護(hù)其內(nèi)部。”