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        特殊墨水打印的扁平物可立體變形

        2022-03-08 22:38:22
        中國科學(xué)探險 2022年12期
        關(guān)鍵詞:木制品扁平墨水

        木制品通常通過鋸切、雕刻、彎曲或壓制制成,現(xiàn)在,這些方法似乎要過時了。在2022年8月23日的美國化學(xué)學(xué)會秋季年會上,以色列希伯來大學(xué)科學(xué)家描述了如何對3D打印擠出的扁平形狀進(jìn)行編程,使其自我變形為復(fù)雜的3D形狀。在未來,這項技術(shù)可用于制造家具或其他木制品,被烘干后還能形成所需的形狀。

        在自然界中,植物和一些動物可改變自己的形狀或紋理。即使一棵樹被砍倒了,樹木也會在干燥時改變形狀。由于木材內(nèi)纖維方向的變化,它會不均勻地收縮和翹曲。而人工建筑通常不能自我塑造。

        幾年前,研究團(tuán)隊開發(fā)了一種環(huán)保水性墨水,由木材廢料微粒(“木粉”)與從植物中提取的天然黏合劑——纖維素納米晶和木葡聚糖混合而成,并在3D打印機(jī)中使用這種墨水。他們最近發(fā)現(xiàn),當(dāng)水分從印刷品中蒸發(fā)時,油墨的沉積方式或“路徑”會改變印刷品形狀。例如,打印成一系列同心圓的平面圓盤干燥收縮后形成馬鞍狀結(jié)構(gòu),就像薯片的形狀一樣,而打印成從中心點(diǎn)發(fā)出的一系列射線的圓盤會變成圓頂或錐形結(jié)構(gòu)。

        研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),物體的最終形狀也可通過調(diào)整打印速度來控制。這是因為收縮發(fā)生在垂直于油墨中的木材纖維上,而打印速度會改變這些纖維的排列程度。較慢的速率使粒子的方向更隨機(jī),因此在所有方向上都會發(fā)生收縮。更快的打印速度使纖維彼此對準(zhǔn),因此收縮更具方向性。

        研究人員對打印速度和打印路徑進(jìn)行編程,以實(shí)現(xiàn)各種最終形狀。他們發(fā)現(xiàn),將不同方向打印的兩個矩形層堆疊在一起,干燥后會產(chǎn)生螺旋。最新工作發(fā)現(xiàn),可對打印路徑、速度和堆疊進(jìn)行編程,以控制形狀變化的特定方向,例如矩形是否扭曲為順時針或逆時針螺旋。

        通過進(jìn)一步的改進(jìn),該團(tuán)隊能夠結(jié)合馬鞍、圓頂、螺旋和其他設(shè)計圖案來生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的物體。研究人員說,有可能將木制品以扁平的形狀運(yùn)送給用戶,從而減少運(yùn)輸量和成本。當(dāng)用戶收到木制品后,可以翹曲成想要的結(jié)構(gòu)。

        研究人員表示,這項技術(shù)或可授權(quán)家庭使用,消費(fèi)者可用普通的3D打印機(jī)設(shè)計和打印他們自己的木制品。

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