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3D打印新技能:如何使高分子材料呈现出不同的表面纹理?e键打印告诉您

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发表时间:2015-11-13 10:50:28

  麻省理工学院的研究团队开发了一种使用3D打印技术制造柔性材料的新方法,可以随意改变材料表面属性,光滑、纹理、粗糙等可随机改变。这究竟是怎样一种神奇是技能,且听e键打印小编为您分析。


  3D打印技术能够生产出高分子材料,其中就包括一种柔性材料(透明或浅色调),其内部被嵌入了以预设的方式排列颗粒状的硬性材料(黑色)。当这种材料被压缩时,内部的硬颗粒能使材料表面变得粗糙不平。


  麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)的研究团队开发了一种使用3D打印技术制造柔性材料的新方法,使制造者可以随意改变材料表面属性,使其光滑、有纹理亦或粗糙,甚至还可以制造一些复杂的图案来引导液体的流动。


  这一材料的开发采用了精确的计算机模拟。实验材料由两种不同硬度的聚合物组成,也就是将刚性颗粒状材料嵌入到柔性聚合物中组合而成。当挤压材料时,材料表面会随着嵌入的颗粒的间距和形状的改变而呈现出不同的光滑度;当释放压力时,材料恢复原状。


  研究人员声称,该发现能够使动态可控与表面可逆材料的发展进入一个新水平。这一研究成果发表在Advanced Functional Materials上,由Mark Guttag和Mary Boyce合著。Mark Guttag是麻省理工学院的研究生,而Mary Boyce曾经是麻省理工学院机械工程学教授,现为哥伦比亚大学(Columbia University)工程学院院长。


  Guttag说道:通过内嵌颗粒之间不同的排列组合方式,在大小相同的压力的作用下,我们可以获得不同的表面形态,例如条状凸块和块状凸块。这一研究也是Guttag的机械工程学博士论文的一部分。


  该方法可以产生块状或褶皱状的简单、重复的图案,从而改变材料的空气阻力或反射率。但是,Guttag说,通过设置内嵌颗粒的排列方式,就可以产生高度复杂的表面纹理,例如,通过创建微流控通道来控制化学或生物检测液体的流动。


  例如,按照这种想法设计出的材料具有光滑且倾斜的表面,使得流体平稳地流过表面,但也可以根据需要增加它的功能通过制造凸起和凹陷使液体分流。


  表面纹理在很多实际应用中扮演着重要的角色,包括制造伪装材料、提高表面抗水性和吸水性、控制流体运动、防止船体等表面生物粘附等等。生产固定不变的纹理图案的方法有很多,但是,要减少阻力和伪装,变化的、非均匀的纹理更佳。


  Guttag和Boyce在他们的论文中写道:之前,没有任何一项技术可以制造出动态的、局部可调的和能复原的材料表面。


  Guttag说,因为这一系统是几何驱动的,利用了不同柔性的材料之间的形状和间距,即便缩放到不同的尺寸,这一工作原理依然有效。


  他又补充道:本研究采用物理压力来控制纹理,相同的设计原理还可以应用于修改其他材料,只是需要改变刺激物,如改变电量、温度和湿度。


  本研究使用纵长的嵌入颗粒,而不是圆形,这样做的目的是为了产生方向性的摩擦力,例如,这能使某个方向上的摩擦阻力很大,而另一个方向上的摩擦力却很小,这样就可以控制物体在材料表面的运动方式。


  该系统的开发最初是通过计算机模拟实现的,然后通过3D打印出不同的设计版本并在此基础上不断修改。Guttag说,当严格按照计算机模拟的方式压缩柔性材料时,材料表面就会产生图案。


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