麻省理工学院工程师设计折叠自己的可剥离结构“Peel-and-Go” 2017-05-13 12:14:27

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麻省理工学院的工程师们已经开发出一种新方法来生产可印刷结构,一旦从印刷平台上剥离就会开始折叠

由于3D打印已成为主流技术,行业和学术研究人员一直在研究可折叠的可印刷结构

加热或浸入水中时有用的三维形状在美国化学学会应用材料与接口杂志上发表的一篇论文中,麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)及其同事的研究人员报告了一些新的东西:一种可打印的结构,开始于研究人员说,一旦它从印刷平台上剥离就会折叠起来

研究人员说,没有任何外部刺激的自折叠设备的一大优势是它们可以涉及更广泛的材料和更精细的结构“如果你想要的话添加印刷电子产品,你通常会使用一些有机材料,因为大多数印刷电子产品都依赖于它们,“Subramanian Sundaram说,麻省理工学院电气工程和计算机科学研究生,论文第一作者”这些材料通常对水分和温度非常非常敏感所以如果你有这些电子产品和部件,你想要在它们中开始褶皱,你不想把它们用水浸泡或加热它们,因为那时你的电子设备会降低“为了说明这个想法,研究人员建造了一个原型自折叠可印刷设备其中包括电导线和聚合物“像素”,当电压施加到它时,它从透明变为不透明该设备是Sundaram及其同事今年早些时候宣布的“可打印的goldbug”的变体,开始寻找一些东西像字母“H”但是H的每条腿都在两个不同的方向折叠,形成一个桌面形状研究人员还建立了几个不同的ve相同的基本铰链设计,显示它们可以控制关​​节折叠的精确角度在测试中,他们通过将铰链连接到重物上强行拉直铰链,但是当重物被移除时,铰链恢复其原始折叠在短期内,该技术可以实现传感器,显示器或天线的定制生产,其功能取决于其三维形状

长期来看,研究人员设想可打印机器人的可能性Sundaram由他的顾问Wojciech加入到纸上Matusik,麻省理工学院电子工程与计算机科学(EECS)副教授; Marc Baldo,也是EECS的副教授,专攻有机电子学; David Kim,Matusik计算制造集团的技术助理;马萨诸塞大学阿默斯特分校的高分子科学与工程教授Ryan Hayward这个片段展示了一个加速折叠的例子(图片:Tom Buehler / CSAIL)应力消除研究人员设计的关键是一种新的打印机墨水材料在固化后膨胀,这是不寻常的大多数打印机墨水材料在凝固时略有收缩,设计师经常需要解决的技术限制印刷设备是分层建立的,在他们的原型中,麻省理工学院的研究人员存放他们不断膨胀的材料在顶部或底部几层中的精确位置底层与打印机平台稍微粘附,并且该粘附足以在设置层时将设备保持平坦但是一旦完成的设备从平台上剥离,由新材料制成的接头开始膨胀,向相反方向弯曲装置像许多技术突破一样,CSAIL研究人员的发现材料的发生是一个意外Matusik计算制造集团使用的大多数打印机材料是聚合物的组合,由单链分子组成链状重复组成的长分子,或单体混合这些组件是制造具有特定物理性质的打印机墨水的一种方法在试图开发一种能够产生更柔软印刷部件的油墨时,CSAIL研究人员无意中遇到了一种在硬化后略微膨胀的油墨 他们立即认识到扩大聚合物的潜在效用,并开始尝试对混合物进行改造,直到他们达到一种配方,让他们建立足够膨胀的接头,将印刷设备折成一半像Jewelweed(Impatiens capensis;或通常的,发现触摸我没有)巧妙地使用压力来进行种子的弹道散布植物通过控制组织水合作用将能量储存在其种子荚中,通过控制组织水合作用当轻轻触摸时,这些豆荚会爆炸并卷起来发射它们的种子使用类似的概念,S Sundaram及其同事展示了使用3D打印来制造具有特定区域残余应力的扁平电子复合材料为什么Hayward对该论文的贡献是为了帮助麻省理工学院团队解释材料的扩展

最有力的膨胀包括几个长分子链和一个短链,由单体组成丙烯酸丁酯当一层油墨暴露在紫外线下 - 或“固化”时,一种常用于3D打印的工艺,用于硬化作为液体沉积的材料 - 长链相互连接,产生刚性的纠结分子丛当另一层材料沉积在第一层之上时,顶部液体层中的丙烯酸异辛酯的小链下沉到较低的刚性层中,它们与较长的链相互作用以施加膨胀力,对印刷平台的附着力暂时抵抗研究人员希望更好地理解材料膨胀的原因将使他们能够设计出适合特定应用的材料 - 包括能够抵抗许多印刷聚合物典型的1-3%收缩的材料固化“这项工作令人兴奋,因为它提供了一种在3D物体上创建功能性电子设备的方法,”迈克尔迪基说北卡罗来纳州立大学的化学工程“通常,电子处理是以平面的2D方式完成的,因此需要平坦的表面这里的工作提供了一种在2D表面上使用更传统的平面技术创建电子设备然后将它们转换为3D形状,同时保留电子设备的功能转换发生在一个聪明的技巧,以在打印过程中在材料中产生压力“PDF拷贝纸:3D打印自折叠电子源:Larry Hardesty,麻省理工学院新闻