2016年8月30日
在这个系列中，一个3d打印的多材料形状记忆微型钳，由形状记忆铰链和自适应触摸尖组成，抓住一个帽螺钉。照片由葛琦(Kevin)提供
一组工程师来自麻省理工学院新加坡科技与设计大学(SUTD)正在利用光线打印三维结构，能够记住它们的原始形状。
这些建筑从微小的线圈和多种材料的花朵，到一英寸高的埃菲尔铁塔复制品。它们以强烈的角度被拉伸、扭曲和弯曲，但在被加热到特定温度的“最佳点”后，它们仍然会在几秒钟内滚回原来的形状。
对于一些结构，研究小组打印出了微米级的特征，其直径相当于一根头发的直径。这些尺寸几乎是其他人用可打印形状记忆材料获得的尺寸的十分之一。欧洲杯足球竞彩
研究人员将他们的发现发表在最近一期的在线杂志《科学报告》上。
尼古拉斯x方,麻省理工学院,机械工程副教授指出,形状记忆聚合物,可以预见的是变形响应温度可用于多个应用程序,从柔软的致动器,太阳能电池板朝向太阳,小药物胶囊给感染的早期迹象。
我们最终想用体温作为触发因素。如果我们能够正确地设计这些聚合物，我们也许能够形成一种药物输送装置，它只会在发烧时释放药物。
Nicholas X. Fang，麻省理工学院教授
方舟子的合著者包括麻省理工学院-南加州理工学院前研究员齐“凯文”葛，现在南加州理工学院助理教授；前麻省理工学院研究助理Howon Lee，现为罗格斯大学助理教授；还有来自SUTD和佐治亚理工学院的其他人。
Ge表示，3D打印形状记忆材料的过程也可以被认为是4D打印，因为结构的设计方式将在第四维时间内发生变化。欧洲杯足球竞彩
“我们的方法不仅实现了微米级的4D打印，还提供了打印形状记忆聚合物的配方，这种聚合物可以比商业3D打印机打印的聚合物大10倍。”葛说。“这将推动4D打印进入广泛的实际应用领域，包括生物医学设备、可展开的航空航天结构和可改变形状的光伏太阳能电池。”
图片来源:麻省理工学院
需要,一种加速的需要
方和其他研究人员一直在分析使用活性软材料作为柔韧可靠的工具。欧洲杯足球竞彩这种由形状记忆聚欧洲杯足球竞彩合物组成的新材料能够在电、光和热等环境刺激下进行拉伸和变形。该团队已经分析了这些特性在人工肌肉、可穿戴传感器、软机器人和生物医学设备上的适用性。
形状记忆聚合物有自己有趣的特点。这些材料有可欧洲杯足球竞彩能在两种状态之间发生变化，一种是软的、高温的橡胶态，另一种是硬的、低温的非晶态。弯曲和拉伸的形状可以在室温下“冻结”，材料在加热时“记住”并迅速恢复到原来的牢固形状。欧洲杯足球竞彩
在制造形状记忆结构的尝试中，一些研究人员认为3D打印是理想的技术，允许他们以适度的细节定制结构。
使用标准3D打印机，研究人员只能设计出细节不小于几毫米的结构。方指出，这种尺寸限制也限制了材料恢复原始形状的速度。
事实是，如果你能把它缩小到更小的维度，这些材料实际上可以在几秒钟内做出非常快的反应。欧洲杯足球竞彩例如，一朵花可以在几毫秒内释放花粉。它能做到这一点是因为它的驱动机制是微米级的。
Nicholas X. Fang，麻省理工学院教授
用光印刷
方舟子和他的团队使用显微立体摄影技术打印出具有更精细细节的形状记忆结构。显微立体摄影是该团队首创的3D打印工艺。
在这个过程中，使用从投影仪获得的光在连续的树脂层上打印图案。
首先，该团队使用计算机辅助设计（CAD）软件开发了一个结构模型。随后，将模型划分为数百个切片，每个切片作为位图通过投影仪发送，位图是一种图像文件格式，将每一层表示为极其精细的像素排列。
投影仪现在将光线照在位图图案上，照射到聚合物溶液或液体树脂上，将图案蚀刻到树脂上，然后固化。
“我们用光一层一层地打印，”方说。“这几乎就像牙医制作牙齿复制品和填补蛀牙，除了我们是用来自半导体行业的高分辨率透镜，这给我们提供了复杂的部件，尺寸相当于人的头发直径。”
研究小组随后考虑了科学文献，以确定一种理想的聚合物混合物，以开发一种形状记忆材料，在这种材料上可以打印出它们的光模式。
研究小组选择了两种聚合物，一种类似于刚性支架，另一种由长链聚合物或意大利面条状链组成。经过混合和固化后，这种材料可以在没有任何损伤的情况下被显著地拉伸和扭曲。
在特定温度范围为40°C至180°C（104°F至356°F）时，材料也会反弹回其原始印刷形状。
该团队打印的各种结构包括线圈、花朵和微型埃菲尔铁塔，后者的全尺寸对应物因其复杂的梁和钢图案而被认可。
方舟子发现，这种结构可以在没有任何损伤的情况下扩展到原来长度的三倍。当暴露在40°C到180°C的温度范围内时，这些结构在几秒钟内就能恢复到原来的形状。
“因为我们使用的是自己的打印机，像素更小，我们看到的响应速度更快，在几秒的量级上，”方说。“如果我们能将其推进到更小的维度，我们可能也能将它们的响应时间推进到毫秒。”
软握把
方舟子和他的团队展示了形状记忆结构的一个简单应用，他们打印了一个橡胶的、小的、像爪子一样的钳子。他们把一个细把手固定在钳子的底座上，然后把钳子的爪子张开。
当周围空气的温度接近40°C时，该团队就会在其下方的任何地方关闭夹持器。
钳子是一个很好的例子，说明如何使用软材料进行操作。欧洲杯足球竞彩我们展示了可以捡起一个小螺栓，甚至是鱼蛋和软豆腐。这种软握法可能是非常独特和有益的。
Nicholas X. Fang，麻省理工学院教授
方星海希望在未来发现聚合物的组合，以生产形状记忆材料，对略低的温度做出反应，几乎与人体的温度范围相匹配。欧洲杯足球竞彩利用这一发现，方舟子计划设计可控、活性、软性给药胶囊。
据方说，这种材料还可以打印成响应性软铰链，使太阳能电池板能够跟踪太阳。
“通常情况下，过多的热量会积聚在太阳能电池的背面，所以你可以使用(形状记忆材料)作为驱动机制来调整太阳能电池的倾角，”欧洲杯足球竞彩方说。“所以我们认为，我们可能会展示更多的应用。”
这项研究得到了SUTD-MIT联合博士后项目和SUTD数字制造与设计中心（DManD）的部分支持。