介绍4D印刷复合材料的工艺

在竞争性游戏中,复合4D打印的新方法为制作类似卫星的物体提供了更快,更低成本的技术。

此方法使用3D打印机创建对象。离开3D打印机后,对象会随着时间的推移而改变形状。在这种情况下,第四维度是激活机制,例如热,光和磁场,或吸收水分。

康考迪亚工程与计算机科学学院(“ENCS”)机械与工业工程系教授兼研究员SuongVanHoa促进了弯曲结构的无模制造。

“4D印刷允许我们创建弯曲的复合结构而不需要制造弯曲的模具,”SuongVanHoa说。“我的主要发现是具有高机械性能的长连续纤维可用于更快和更经济地制造弯曲表面。复合材料部件。“

去年秋天,SuongVanHoa因其在研究,实践,教育和服务方面对复合材料社区的杰出贡献而被任命为美国复合材料协会的成员。他在AdvancedManufacturing杂志上发表了他的最新发现,名为“聚合物和复合材料科学”。

工作原理

复合弹簧板弹簧通常用于轻型汽车减震器。

例如,要制作S形件,首先,S形模具需要由金属等固体材料制成;然后,将树脂预浸渍的增强织物放入模具中以制成复合部件。。

然而,SuongVanHoa说,第一步是创造一个可以省略的复杂模具,以节省时间和金钱。作为Concordia复合材料中心(“CONCOM”)的创始负责人,他的研究结果显示了这种生产过程如何提供显着的效率。复合材料的4D印刷利用了基质树脂的收缩和不同纤维取向层的热收缩系数的差异,从而在固化冷却期间通过活化改变形状。他说,“这种行为可以用来使它具有弯曲形状的零件,而不需要复杂的模具。类似地,可以快速且经济地制造弯曲形状的部件。然而,形状变化的程度取决于材料的性质,纤维的取向,层的顺序和制造过程。

一种新方法

为了实现他所述的结果,SuongVanHoa重新考虑了复合层的各向异性特性。

各向异性可定义为材料在承受不同轴向载荷时的表现。材料的各向异性衡量其与其他因素的关系。

在论文“聚合物和复合材料科学”中SuongVanHoa发表在“AdvancedManufacturing”中,概述了在构建复合结构中起作用的各向异性特性。例如,树脂的收缩会导致材料变形,或者温度变化会导致纤维膨胀或收缩。理解和控制这些变化是在不使用弯曲模具的情况下制造弯曲层压板的关键。

“各向异性属性在过去被视为一种趋势,我们现在认为它是一种优势,”SuongVanHoa说。

让创新走向

这项技术可以应用于航空航天业等领域。

SuongVanHoa说:“另一种应用是类似卫星的空间结构,可以承受极端的温度波动。在白天(当温度很高时),这些结构开放以收集太阳能并在夜间关闭以为内部提供保护。“