4D-печать в Китае

Ученые рассматривают достоинства полимеров с памятью формы (SMPs) с применением беспрерывного углеродного волокна (CCF). Ученые Xinxin Shen, Baoxian Jia, Hanxing Zhao, Xing Yang и Zhengxian Liu изучили механические свойства в композитных образцах, а также их характеристики. В общих чертах подробности об этом опубликованы в недавно вышедшем «Исследовании процесса 3D-печати непрерывных углеродных композитных волокнистых полимеров с памятью формы».

SMPs сегодня являются объектом бурного обсуждения, поскольку ученые все больше интересуются материалами, которые могут менять форму и возвращаться в прежний вид, в зависимости от требований пользователя. Кроме того продолжается исследования по изготовлению SMP, с применением углеволокна, для преодоления ограничений, связанных с прочностью и жесткостью. Хотя было доказано, что непрерывные волокна более эффективны, чем короткие, исследователи отмечают, что процессы формования являются сложными, и для создания непрерывных композитов, армированных углеродными волокнами, требуются более совершенные методы. Они считают, что FDM 3D-печать станет отличным решением:

«Композитный 3D-принтер сделан из подвижных деталей позиционирования, печатающего сопла и системы управления», — рассказали ученые. «Сравнивая его с аналогичными образцами, сопло нашего устройства может подавать материал из двух трубок и выделять его из одного отверстия».

«Кроме того, механизм подачи волокна был разработан для его непрерывной подачи с подходящей скоростью, путем регулирования скорости вращения шагового двигателя, во избежание поломок волокна во время печати».

При применении прямоугольного дизайна конструкторы рассматривали следующие параметры:

    Температура печати
    Скорость печати
    Шаг сканирования
    Угол сгиба
   
Исследуя вопросы, связанные с механическими свойствами, исследователи обнаружили, что ключевым фактором является угол наклона углеродных связей. Поскольку они изменяли углы наслоения, происходило изменение прочности в различных плоскостях при продольном натяжении волокон на 0 градусов, однако при 90 градусах оно было перпендикулярным, вскрывая потенциальные проблемы со сцеплением.

Исследование также показало, что механические свойства были оптимальны при температуре около 200 ℃, а повышенная скорость печати влияла на «пропитку» волокон и смолы. Ученые также отметили незначительное влияние на SMPs при изменениях в составе волокон.

«Масштабное изготовление композитов из упругого углеволокна имеет потенциал для космических кораблей и авиации», — заключили исследователи.

В то время как исследователям, инженерам и дизайнерам по всему миру, возможно, еще не удалось раскрыть весь потенциал 3D-печати, многие из них переходят к следующему уровню с материалами, способными приспосабливаться под ситуацию, от мягких приводов до 4D-печати с использованием композитов из дерева и новейших метаматериалов.

Что же такое 4D-печать?
Под «4D-печатью» имеется в виду использование не только трёх измерений (XYZ) для создания реальных объектов, но и фактора времени (T) — четвёртого измерения.

Eсли впечатные объекты добавить специальные материалы, способные реагировать на внешние стимуляторы — например, жару или воду — то они смогут двигаться и изменяться со временем, подобно человеческим мускулам.

 

Где это можно применить?
Если задуматься, можно обнаружить действительно много областей применения: товары, которые могут адаптироваться к жаре и влажности для улучшения комфорта - например одежда и обувь, которые оптимизируют их форму и функционал, реагируя на изменения в окружающей среде.

Так же 4D-печать можно применять для заранее запрограммированных на деформацию материалов в медицине для печати биосовместимых компонентов, которые могут быть имплантированы в организм человека.

Stratasys, например видит потенциал в аэрокосмической, автомобильной, строительной промышленности.

Конечно, впервые встретив этот термин чувствуешь отторжение и отказываешься принять его, но похоже нам придется свыкнуться и подружиться с этой новым подвидом аддитивных технологий.

В общем, ждем первый 4d-принтер!

https://make-3d.ru