教授利用4D列印技術製造無需模具的曲面複合材料

近年來，4D列印技術一直是許多研究的主題。就在本周，達特茅斯學院的研究人員開發出了一種可3D列印的智能墨水，可以改變形狀和顏色，他們與使用4D列印技術做新穎事物的其他團隊不同。Concordia大學機械、工業和航空航天工程系教授Suong Van Hoa正在使用4D列印技術製造複合材料，可以自行彎曲，無需使用模具。

「4D列印使我們能夠製作彎曲的複合結構，而無需製作彎曲的模具，」Hoa說。「我的主要發現是，人們可以製作彎曲的複合材料-具有高機械性能的長連續纖維，能夠實現更快速、更經濟。」通常，在製造像複合板簧這樣的部件中需要幾個步驟，這是車輛中的輕質減震器。為了製作S形件，S形模具需要由金屬等固體材料製成。然後將預浸有樹脂體系的增強織物放置在模具上以形成複合件。但是，Hoa表示，採用4D列印技術可以省略構建複雜模具的初始步驟。

「複合材料的4D列印利用了基體樹脂的收縮率，以及不同纖維取向的層的熱收縮係數的差異，從而在固化和冷卻時激活形狀的變化，」他說。「這種行為可以用來製造具有彎曲幾何形狀的零件，而不需要複雜的模具。因此，彎曲形狀的製造可以是快速且經濟的。但是，形狀變化的程度取決於材料特性、纖維取向、疊層順序和製造工藝。」

Hoa的部分研究涉及重新考慮複合層的各向異性特性。各向異性是材料沿不同軸線承受載荷時的表現方式。材料的各向異性屬性是衡量它如何在與其他因素的關係上發生變化的一種度量。例如，樹脂收縮會導致材料變形，或者溫度變化會導致纖維膨脹或收縮。根據Hoa表示，對這些變化的理解和控制是製作彎曲模具的彎曲層壓板的關鍵。

他說：「各向異性在過去一直被視為一種負擔。現在我把他們視為一項資產。」Hoa認為，該技術可應用於航空航天等領域。「另一個應用是像衛星這樣的空間結構，這些結構受到極端溫度波動的影響，」他說。 「白天結構可以開放（當溫度高時）收集太陽能，並在夜間關閉以保護其內部。」

來源：3D虎

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