4D打印无需模具即可创建弯曲复合材料
就在本周，达特茅斯学院的研究人员开发了一种可以改变形状和颜色的 3D 可打印智能墨水。 他们不同于其他使用 4D 打印技术做新奇事物的团队。 康考迪亚大学机械、工业和航空航天工程系教授 Suong Van Hoa 正在使用 4D 打印技术制造无需模具即可自行弯曲的复合材料。
“4D 打印使我们能够制作弯曲的复合结构，而无需制作弯曲的模具，”Hoa 说。 “我的主要发现是，人们可以制造弯曲复合材料——具有高机械性能的长连续纤维，这可以更快、更经济。”
通常，制造复合板簧等部件需要几个步骤，这些部件是车辆中的轻型减震器。 为了制造S形零件，S形模具需要由金属等固体材料制成。 然后将用树脂系统预浸渍的增强织物放置在模具上以形成复合部件。 不过，Hoa 表示，使用 4D 打印技术可以省略构建复杂模具的初始步骤。
“复合材料的 4D 打印利用了基体树脂的收缩和不同纤维取向层的热收缩系数的差异，从而激活了固化和冷却过程中的形状变化，”他说。 “这种行为可用于制造具有弯曲几何形状的零件，而无需复杂的模具。因此，弯曲形状的制造既快速又经济。但是，形状变化的程度取决于材料特性、纤维取向和堆叠。层序和制造工艺。”
Hoa 的部分研究涉及重新考虑复合层的各向异性特性。 各向异性是材料在沿不同轴承受载荷时的行为方式。 材料的各向异性特性是衡量它如何相对于其他因素变化的指标。 例如，树脂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。 据 Hoa 介绍，了解和控制这些变化是制作用于弯曲模具的弯曲层压板的关键。
他说：“过去，各向异性一直被视为一种负担。现在我将它们视为一种资产。”
Hoa 认为，该技术可以应用于航空航天等领域。
“另一个应用是像卫星这样的空间结构，它们会受到极端温度波动的影响，”他说。 “该结构可以在白天（温度高时）打开以收集太阳能，并在晚上关闭以保护其内部。”
去年，Hoa 成为第一位被任命为美国复合材料协会会员的加拿大人。 他在一篇题为“通过研究、实践、教育和服务对复合材料社区做出杰出贡献”的论文中发表了他的研究成果。
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