4-D tiskalni materiali, ki se spreminjajo v oblikovanje, s svetlobnim vzorčenjem v sivinah

Calling All Cars: Crime v. Time / One Good Turn Deserves Another / Hang Me Please (Junij 2019).

Anonim

Reverzibilna sprememba oblike je zelo zaželena lastnost za mnoge biomedicinske aplikacije, vključno z mehanskimi aktuatorji, mehko robotiko in umetnimi mišicami. Nekateri materiali lahko spremenijo velikost ali obliko, ko jo obsevajo s svetlobo, kar sproži mehansko deformacijo brez neposrednega stika, ki ponuja možnosti za daljinsko upravljanje. Za izdelavo reverzibilnih struktur, ki se spreminjajo v oblike (RSC), so aktivni materiali, ki se odzivajo na zunanje dražljaje, kot so svetlobna, toplotna ali električna polja, skupaj z drugimi neaktivnimi materiali. Čeprav je napredno večnamensko tridimenzionalno tiskanje omogočilo načrtovanje in izdelavo struktur RSC, se lahko natisnejo le specifični materiali, ki omejujejo široko uporabo.

Kot alternativo je bila pred kratkim predstavljena enostavnejša metoda z uporabo "vzorca sivine" za nadzor porazdelitve intenzitete svetlobe projiciranega vzorca na fotopolimere ali svetlobno aktiviranih smolah in povzročila zamreženje, da bi ustvarili reverzibilne, samozapiralne in raztegljive 2-D origami strukture. Različne intenzitete svetlobe so povzročile različne gostote prečne vezave v fototokiranih polimernih ploščah. V novi študiji sta Qi in sodelavci prenesli vzorce sivine za nadzorovano porazdelitev svetilnosti od 2-D površine do 3-D tiskanja do sloj-slojne strukture inženirja RSC. Če so vzorci sivinskega vzorca dobro zasnovani, so bile narejene različne 3-D strukture z zmožnostjo, da se za 4-D obnašanje spreminjajo in vrtijo v obratnem času (četrta dimenzija). Rezultati so zdaj objavljeni v večnamenskih materialih, Science IOP.

Kot dokazilo načela je študija uporabila digitalni tiskalnik za obdelavo lahkih tonov (DLP) za 4-D tiskanje v sivinah s UV-svetlobnim virom, da je tiskal fotostabilen polimer iz tekočih smol, sestavljen iz poli (etilenglikol) diakrilata (PEGDA), butil metakrilata (BMA), butil akrilat (BA), fotoiniciatorji in fotoabsorberji. Struktura zanimanja je bila prvič zasnovana in narezana na slike, ki ustrezajo vsakemu tiskalnemu sloju. Zasnovane sivine vsake slike na različnih prostorskih položajih so bile obdelane z Matlabom in prenesene na UV-projektor za tiskanje. Načelo izdelave materiala je temeljilo na svetlobnem obsevanju za fotoinduzirano utrjevanje raztopine tekoče smole. Inženirski izdelek je bil struktura z različnimi gostotami na različnih mestih v različnih prostorskih položajih, ki omogočajo spremembe reverzibilnih oblik.

Ko je bila natisnjena struktura potopljena v vodno kopel, se je začel postopek, imenovan desolmatizacija, kot majhni oligomeri v nesimetrično zamreženem materialu, razpršenem iz strukture, ki omogoča, da se natisnjena struktura deformira proti manj strnjenemu delu. Na podlagi zasnove vzorcev sivine so bile z deformacijami, ki jih je povzročila desolacija, oblikovane različne samorazkladalne strukture.

Sprememba oblike je bila reverzibilna in relativno hitra v raztopini acetona; strukture absorbirajo topilo, da se nabrekne in si opomore svojo prvotno obliko, medtem ko je še v raztopini. Izterjana struktura bi se znova upognila ob odstranitvi iz acetona, obrnjena na svojo sekundarno strukturo v zraku.

Načeloma je sivinska vrednost vsakega pik narezane slike nadzorovala intenzivnost svetlobe ali svetlobo, kar je vplivalo na končno pretvorbo materiala med tiskanjem. Proces je bil digitaliziran za natančno kontrolo vzorca sivine in posledičnega konstrukta. Nove razvite materiale smo z uporabo ATR-FTIR (atenuirana celokupna refleksija-infrardeča spektroskopija Fourierove transformacije) določili merjenje stopnje utrjevanja (DoC) fotopolimeriziranega vzorca, ki mu sledi kvantifikacija mladega modula za testno togost materiala, reakcijo fotokumulacije kinetiko in kvantifikacijo razrahljaja v primerjavi z okrevanjem.

Aktivne strukture, ki spremenijo obliko ali funkcijo reverzibilno kot odziv na zunanje dražljaje, imajo aplikacije v vesoljskem inženirstvu, medicinskih pripomočkih in prilagodljivi elektroniki kot polimeri za oblike spomina. Samorazširljive / krčljive strukture so uporabne kot svetlobni aktuatorji in za aplikacije kot endovaskularni stent. Takšni modeli so bili v študiji izdelani tudi kot samorazširjevalni / krčljivi materiali, ki uporabljajo sivinsko metodo 4-D tiskanja. Čas za transformacijo se je v zraku gibal med 6 minutami v acetonu in 25 minutami. Koncept je bil nato podaljšan iz ravne površine v obliko kocke z uporabo iste metode, čas okrevanja v acetonu je bil približno 4 min, čas sušenja v zraku pa 8 min. Uporaba istega koncepta Wu et al. prav tako je ustvaril cvetno podobno strukturo, ki se zmanjša v raztopini in cveti v zraku.

Raziskovalci so dodatno razvili napredne podomrežne strukture ali metamateriale (ki imajo v bistvu negativno razmerje Poissona) v kombinaciji z normalnimi materiali (pozitivno Poissonovo razmerje), ki uporabljajo tiskarsko tehniko, da se preoblikuje med obema.

Metoda sivinskega 4-D tiskanja je bila razvita kot dokazilo o načelu, ki zagotavlja enostavno in ekonomično tehniko za ustvarjanje aktivnih struktur. Avtorji predlagajo vrsto potencialnih biomedicinskih aplikacij za inženirske materiale kot sestavljene materiale v mehki robotiki in endovaskularnih stentih.

menu
menu