具有可逆形状变化的 3D 打印增强多功能复合材料的可编程多稳态
应用物理
2021-10-15 v1 材料科学
摘要
4D 打印赋予由水凝胶、液晶或形状记忆聚合物制成的 3D 打印结构以响应外部刺激的可逆变形能力。为了将可逆形状变化应用于诸如微纤维增强聚合物之类的刚性轻量材料，我们开发了一种可使用直写成型（DIW）打印且在其玻璃化转变温度附近呈现多稳态的复合墨水。在室温下固化后，该平面打印件在驱动温度下加热并冷却时会热变形为其预定义形状。由于预应力诱导的多稳态，该样品在加热至其玻璃化转变温度以上时可于多个稳定形状之间可逆地 snap（ snap 指突跳）。使热变形与预应力多稳态成为可能的关键在于通过剪切诱导增强微纤维排列对 3D 打印复合材料进行微结构化。这种排列导致热机械性能的局部各向异性并积累预应力。此外，可调节墨水组成以产生形状依赖的可逆功能特性，例如电导率。基于有限元建模与实验结果，此处所提方法可用于多种组成与设计，适用于可利用刚度、可重构性及形状依赖功能的场合。
引用
@article{arxiv.2110.06405,
title = {Programmable multistability for 3D printed reinforced multifunctional composites with reversible shape change},
author = {Shanthini Puthanveetil and Wing Chung Liu and Katherine S. Riley and Andres F. Arrieta and Hortense Le Ferrand},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.06405},
year = {2021}
}