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浙江大学DLP 4D打印创造美丽的四维花朵

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发布时间:2017-09-04 00:00:00

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浙江大学化学工程国家重点实验室的工程师们演示了一种“4D打印”过程,它需要投影仪、光固化树脂和石蜡。该技术已被用于创建彩色海芋花的3D打印模型。DLP 3D打印,一个能够创造高质量的塑料零件的技术,现在已经司空见惯了。使用投影仪,这种3D打印机可以将液态树脂逐层固化成特定的二维形状,直到形成完整的三维物体。然而,现在看来,DLP可以用于4D打印只固化一个单一的二维层。这是不寻常的现象,最近在浙江大学化学工程国家重点实验室进行了演示,研究人员在国际学术期刊《先进材料》上发表了他们的发现。




“4D打印”一词指的是许多不同的东西,但在这种情况下,指的是3D打印对象随着时间的推移而改变(第四维度)。浙江大学化学工程学院的谢涛教授解释说,这种4D打印现象背后的秘密在于几秒钟的光固化。DLP投影机的光经过精心编程,以提供一个薄的树脂层与异光固化结构的每一个像素,与树脂变成一个固体塑料形状,这很像DLP 3D打印,虽然光不仅集中在固化树脂,使之成为一个特定的形状,令人难以置信的4D打印过程。 在这个过程中,研究员黄丽梅先放几滴光固化树脂在两片玻璃之间,然后用投影仪照在它。这种光“雕刻”是通过一系列复杂的机械计算,通过灰度变化来实现的。然后材料在几秒钟内从液体变成固体,这就像看一个很短的微型胶卷。但更多的是在这一点上比眼前的情况:在两个玻璃片之间的树脂的每个像素在分子水平上被改变,为后来的转变奠定了基础,DLP 3D打印机的大多数用户将永远不会亲眼目睹这一过程。


经过精确的“日光浴”下的投影机的光,然后采取树脂填充玻璃面板,揭示了树脂已成为一个平面膜。然后将这种膜放在凝胶状的熔化石蜡中,在那里神奇开始发生。由于每个像素的分子结构不同,每个像素“吸收”的石蜡量不同。这种在扁平膜上的分化使得整个物质在石蜡被吸收时开始慢慢扭曲。在不到三分钟,二维膜已经变成了一个3D的海芋花副本。 不同的光固化材料可以以不同的方式组合,因为某些材料可以用来形成不同的形状。这位教授还认为,4D打印过程可以取代某些领域现有的3D打印技术。“它最大的优势在于它的速度,制备多维材料的整个过程大约是3D打印相同材料所需的时间的十分之一。”


根据中国工程师们的说法,研究人员可以通过选择合适的材料和工艺,将3D打印的对象轻松地转换成四维形状的物体。据了解,该小组的研究将提醒人们,逐层打印并不是获得多维结构的唯一途径。 而马蹄莲4D打印是视觉上令人印象深刻的过程,能有更多的实际应用,研究人员认为,4D打印过程可用于治疗眼部问题,如近视、远视,用一种类似于花制作一个用于改变眼睛的设备,它将返回一个正常的状态。在不久的将来这种4D打印的将应用于临床。 DLP 4D打印也可以用来创造珠宝。例如,4D打印彩色海芋模型可作为模具,液态金属倒入模具制造铸造件。一旦液体金属冷却,珠宝商将留下一个金属的马蹄莲。超多维快速制造方法可以用来提高珠宝脱蜡过程,珠宝生产效率大大提高。

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