基于Kirigami增强热塑材料的定向形态变形

我们提出一种简单易行的方法，仅通过均匀加热和常用工具（如家用烤箱和剪刀），即可将平坦塑料薄片自动变形为复杂的三维结构。该方法将可收缩热塑材料与针对目标三维形状设计的Kirigami 模式相结合，创建双层复合材料，使其形变为各种复杂结构，例如碗、金字塔，甚至定制的人体工学表面如鼠标垫。关键在于，变形由低信息刺激（均匀热）驱动，却产生高度复杂的形状，通过编程化的几何设计实现。通过有限元仿真确认了这种形变行为，其来源于热塑层收缩与Kirigami 层约束之间的应变失配。通过解耦材料组成与机械响应，本方法避免了详细的过程控制，使一广类自形变结构成为可能，为自适应设计和可扩展制造提供了 versatile 平台。