作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2022/8/25 9:53:57
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特殊墨水打印的扁平物可立体变形

 

科技日报北京8月24日电 (实习记者张佳欣)木制品通常通过锯切、雕刻、弯曲或压制制成,现在,这些方法似乎要过时了。在23日的美国化学学会秋季年会上,以色列希伯来大学科学家描述了如何对3D打印挤出的扁平形状进行编程,使其自我变形为复杂的3D形状。在未来,这项技术可用于制造家具或其他木制品,被烘干后还能形成所需的形状。

在自然界中,植物和一些动物可改变自己的形状或纹理。即使一棵树被砍倒了,树木也会在干燥时改变形状。由于木材内纤维方向的变化,它会不均匀地收缩和翘曲。而人工建筑通常不能自我塑造。

几年前,研究团队开发了一种环保水性墨水,由木材废料微粒(“木粉”)与从植物中提取的天然黏合剂——纤维素纳米晶和木葡聚糖混合而成,并在3D打印机中使用这种墨水。他们最近发现,当水分从印刷品中蒸发时,油墨的沉积方式或“路径”会改变印刷品形状。例如,打印成一系列同心圆的平面圆盘干燥收缩后形成马鞍状结构,就像薯片的形状一样,而打印成从中心点发出的一系列射线的圆盘会变成圆顶或锥形结构。

研究团队发现,物体的最终形状也可通过调整打印速度来控制。这是因为收缩发生在垂直于油墨中的木材纤维上,而打印速度会改变这些纤维的排列程度。较慢的速率使粒子的方向更随机,因此在所有方向上都会发生收缩。更快的打印速度使纤维彼此对准,因此收缩更具方向性。

研究人员对打印速度和打印路径进行编程,以实现各种最终形状。他们发现,将不同方向打印的两个矩形层堆叠在一起,干燥后会产生螺旋。最新工作发现,可对打印路径、速度和堆叠进行编程,以控制形状变化的特定方向,例如矩形是否扭曲为顺时针或逆时针螺旋。

通过进一步的改进,该团队能够结合马鞍、圆顶、螺旋和其他设计图案来生产具有复杂形状的物体。研究人员说,有可能将木制品以扁平的形状运送给用户,从而减少运输量和成本。当用户收到木制品后,可以翘曲成想要的结构。

研究人员表示,这项技术或可授权家庭使用,消费者可用普通的3D打印机设计和打印他们自己的木制品。

 
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