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建筑材料巧变身 3D打印的砖块会有怎样的大用处呢?

来源:e键打印   发布时间:2015-08-08 10:34:10   浏览次数:1914

  作为一种基本的建筑材料,砖块已经被人类使用了几千年。创客联盟小编了解到,最近一群以色列的科学家就拿它做起了文章,在对砖块进行特殊的处理之后,通过高频振动,这些砖块居然能够变身为大型的3D对象。这一研究结果长期而言可能会对诸如产品制造、建筑等领域产生重要的影响。


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  这项研究是由以Ido Bachelet博士为首的来自以色列Bar-Ilan大学纳米技术和先进材料研究所的一群研究人员完成的,他们开发出一种系统,通过事先编程,可以实现材料的自组装,并为此在《自然》杂志上发表了一篇名为《网格化复杂的宏观物体使其可以用砖自组装(Meshing complex macro-scale objects into self-assembling bricks)》。


  所谓自组装(self-assembly),是指基本结构单元(分子、纳米材料、微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。“自组装和自组织是自然界最奇特的、最令人费解的一个现象。”研究人员在他们的论文开头如是说,“它们无所不在:蛋白质、病毒、活细胞、多细胞生物、种群,甚至社会等。所有这些系统都是由独立的部分通过相互作用组成的,它们通过某种特定的方式相互吸引,最终形成一个统一的结构或者图案。”


  技术。但是他们使用了新的算法,使其可以在宏观尺度上,比如像砖块这样的对象,可以实现自组装。


  在研究过程中,科学家们使用Object Eden 250 3D打印机以VeroWhite或DurusWhite作为原材料,打印了一批特定形状的砖块。然后他们把钕铁圆盘磁体粘到这些3D打印砖块上。通过匹配设置,这些砖头的表面可以互相吻合。随后,科学家们将十八块四面体形状的砖块放在一个巨大的3D圆筒里,通过一个可以高频振荡的定轨摇床来操纵这些砖块在圆筒里面进行自组装,摇动速度控制在每分钟400转之内。

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  我们会通过设定这些砖块表面磁体的位置为其指定自组装的规则。”研究人员在论文中说,“这些砖块可以在容器中混合和搅拌,产生正确的组装对象”。


  尽管科学家们在这个项目中使用的技术与DNA折纸术看上去有很大的不同,但是人们还是从中发现了很多惊人的相识,即使DNA折纸术并不依赖于自组装算法。比如,尽管整个自组装需要的过程很长,但是他们发现完成自组装的动作只需几秒钟;另外这些砖块的自组装成功率与其在单位面积里的数量(也就是浓度)有很大的关系,这跟DNA折纸术一样。


  “当面积太大时,砖块的组装效率低下,常常是根本不会发生(自组装行为)。”研究人员称,“这可以通过引入“溶剂”砖头来解决,所谓的“溶剂”砖头,也就是上面没有磁铁,本身不会参与组装的普通砖块。它们会通过碰撞和固定不正确的组件来帮助组装的完成。这个概念可以作为一般原则在未来的系统中扩展应用。”


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  研究人员把每个实验重复了十次。当只有两块砖进行自组装的时候总共只花了不到1分钟,而当这个数字增加到18块砖的时候,完成自组装总共花了两个多小时。研究人记录下音频和视频,然后将数据存储并用MATLAB进行评估分析。“通过改进系统,我们有可能在宏观尺度上实现自组装,可以快速、按需制作对象,而不再需要组装线。”研究人员称。


  由此可见,3D打印技术正对其他领域产生重大积极影响,在科学家们的积极研发之下,创客联盟小编相信3D打印未来影响力会越来越大。