การพิมพ์วัสดุพิมพ์แบบ 4 มิติแบบย้อนกลับโดยใช้ลวดลายสีเทาอ่อน

Anonim

การเปลี่ยนแปลงรูปแบบที่สามารถกลับได้เป็นคุณสมบัติที่น่าพอใจอย่างมากสำหรับการใช้งานด้านชีวการแพทย์หลายอย่างรวมทั้งตัวกระตุ้นเชิงกลหุ่นยนต์อ่อนและกล้ามเนื้อเทียม วัสดุบางชนิดสามารถเปลี่ยนขนาดหรือรูปทรงได้เมื่อฉายรังสีด้วยแสงทำให้เกิดความผิดปกติทางกลโดยปราศจากการสัมผัสโดยตรงทำให้ลูกค้าสามารถควบคุมระยะไกลได้ วัสดุที่ใช้งานได้ซึ่งตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกเช่นแสงความร้อนหรือสนามไฟฟ้าถูกนำมาใช้ร่วมกับวัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้นอื่น ๆ แม้ว่าการพิมพ์แบบ 3 มิติขั้นสูงจะช่วยให้สามารถออกแบบและสร้างโครงสร้าง RSC ได้ แต่สามารถพิมพ์เฉพาะวัสดุเฉพาะที่ จำกัด การใช้งานในวงกว้าง

อีกทั้งยังมีการนำเสนอรูปแบบสีเทาเพื่อควบคุมการกระจายความเข้มของแสงของรูปแบบที่คาดการณ์ไว้บน photopolymers หรือเรซินที่เปิดใช้งานแสงและกระตุ้นให้เกิดการเชื่อมขวางเพื่อสร้างโครงสร้างแบบพับ 2 มิติแบบพับได้แบบพับได้และแบบแฉกได้ ความเข้มแสงต่างกันทำให้เกิดความหนาแน่นของการเชื่อมขวางที่ต่างกันภายในแผ่นโพลีเมอร์ที่เคลือบด้วยแสง ในการศึกษาใหม่ Qi และเพื่อนร่วมงานได้ถ่ายโอนรูปแบบสีเทาเพื่อกระจายความเข้มของแสงที่ควบคุมได้จากพื้นผิว 2 มิติไปจนถึงการพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างโครงสร้าง RSC ทีละชั้น ถ้ารูปแบบ grayscale ได้รับการออกแบบให้ดีมีความหลากหลายของโครงสร้าง 3 มิติที่มีความสามารถในการหดตัวและขยายตัวได้ในเวลา (มิติที่สี่) สำหรับพฤติกรรม 4-D ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในเอกสาร มัลติฟังก์ชั่น IOP Science

ในฐานะที่เป็นหลักฐานของหลักการการศึกษาได้ใช้เครื่องพิมพ์ DLP สำหรับการพิมพ์สีเทา 4 มิติด้วยแหล่งกำเนิดแสงของโปรเจคเตอร์ UV เพื่อพิมพ์โพลิเมอร์เรซินเหลวที่สามารถรับแสงได้ซึ่งประกอบด้วย diacrylate โพลี (เอธิลีนไกลคอล) (PEGDA), บิวทิลเมทาคริเลต (BMA) บิวทิลอะคริเลต (BA) photoinitiators และ photoabsorbers โครงสร้างที่น่าสนใจได้รับการออกแบบและหั่นเป็นภาพที่ตรงกับชั้นการพิมพ์แต่ละครั้ง การออกแบบ Grayscale ของภาพแต่ละภาพในตำแหน่งเชิงพื้นที่ต่างกันถูกประมวลผลโดยใช้ Matlab และส่งผ่านไปยังโปรเจคเตอร์ UV สำหรับการพิมพ์ หลักการของการประดิษฐ์วัสดุขึ้นอยู่กับการฉายรังสีด้วยแสงสำหรับการแข็งตัวของสารละลายเรซินเหลว ผลิตภัณฑ์วิศวกรรมเป็นโครงสร้างที่มีความหนาแน่นของการเชื่อมโยงหลายแบบในตำแหน่งเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันเพื่อให้สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้

เมื่อโครงสร้างพิมพ์ถูกแช่อยู่ในอ่างน้ำกระบวนการที่เรียกว่า desolvation เริ่มเป็น oligomers ขนาดเล็กภายในวัสดุที่เชื่อมขวางกัน dissused ออกจากโครงสร้างให้โครงสร้างพิมพ์ที่จะเปลี่ยนรูปไปทางส่วนการรักษาหายน้อย ขึ้นอยู่กับการออกแบบของรูปแบบ grayscale ความหลากหลายของโครงสร้างพับตัวเองได้เกิดขึ้นผ่าน deformation desolvement เกิดขึ้น

การเปลี่ยนแปลงรูปร่างกลับได้และรวดเร็วในสารละลายของอะซิโตน โครงสร้างดูดซับตัวทำละลายเพื่อขยายและฟื้นตัวรูปร่างเดิมขณะที่ยังอยู่ในสารละลาย โครงสร้างที่ฟื้นตัวจะงออีกครั้งเมื่อถอดออกจากอะซิโตนโดยหันกลับไปยังโครงสร้างที่สองในอากาศ

ในหลักการค่าความเข้มแสงของแต่ละพิกเซลของภาพหั่นบาง ๆ ควบคุมความเข้มแสงหรือปริมาณแสงซึ่งมีอิทธิพลต่อการแปลงวัสดุขั้นสุดท้ายระหว่างการพิมพ์ กระบวนการนี้ถูกแปลงเป็นแบบดิจิทัลเพื่อควบคุมรูปแบบสีเทาและโครงสร้างผลลัพธ์ได้อย่างแม่นยำ วัสดุที่พัฒนาขึ้นใหม่มีลักษณะการใช้ ATR-FTIR (การสะท้อนแสงแบบรวมอินฟราเรด) ในการวัดระดับของการรักษา (DoC) ของตัวอย่างที่ทำด้วยโฟโตพอลิเมอร์แล้วตามด้วยการหาจำนวนโมดูลัสของเยาวชนเพื่อทดสอบความแข็งของวัสดุ จลนพลศาสตร์และการหาปริมาณของการละลายตัวต่อการฟื้นตัว

โครงสร้างที่ใช้งานที่มีการเปลี่ยนแปลงรูปทรงหรือหน้าที่ในการตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกมีการประยุกต์ใช้ในด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศเครื่องมือทางการแพทย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่นเป็นโพลิเมอร์ที่มีรูปร่าง โครงสร้างขยายตัวเอง / การหดตัวมีประโยชน์เป็นตัวกระตุ้นแสงและสำหรับการประยุกต์ใช้เป็น stents endovascular การออกแบบดังกล่าวได้รับการออกแบบในการศึกษาเช่นการขยายตัว / การหดตัวโดยใช้วิธีการพิมพ์สีเทา 4 มิติ เวลาสำหรับการเปลี่ยนรูปแตกต่างกันไประหว่าง 6 นาทีในอะซิโตนและ 25 นาทีในอากาศ แนวคิดดังกล่าวได้รับการขยายจากพื้นผิวเรียบเป็นรูปลูกบาศก์โดยใช้วิธีเดียวกันเวลาในการกู้คืนในอะซิโตนประมาณ 4 นาทีและเวลาในการอบแห้งในอากาศเท่ากับ 8 นาที ใช้แนวความคิดเดียวกัน Wu et al. ยังสร้างโครงสร้างเหมือนดอกไม้เพื่อหดตัวในสารละลายและเบ่งบานในอากาศ

นักวิจัยได้พัฒนาโครงสร้าง auxetic หรือ metamaterials ขั้นสูง (ซึ่งโดยเนื้อแท้มีอัตราส่วนของปัวซองในเชิงลบ) รวมกับวัสดุปกติ (อัตราส่วน Poisson's positive) โดยใช้เทคนิคการพิมพ์

วิธีการพิมพ์สีเทา 4 มิติได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อเป็นหลักฐานในการให้หลักการที่ง่ายและประหยัดเพื่อสร้างโครงสร้างที่ใช้งาน ผู้เขียนนำเสนอการใช้งานด้านชีวการแพทย์ที่มีศักยภาพสำหรับวัสดุวิศวกรรมเป็นวัสดุคอมโพสิตในหุ่นยนต์อ่อนและ stents หลอดเลือด

menu
menu