研究人員創(chuàng)造了三維印刷的張拉整體物體 能夠改變形狀

佐治亞理工學(xué)院的一組研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以使用3D打印機(jī)來創(chuàng)建能夠顯著擴(kuò)展的物體，這些物體有朝一日可用于從太空任務(wù)到生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的各種應(yīng)用。

新物體采用張拉整體，一種壓縮浮動(dòng)桿結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和連續(xù)拉伸的電纜。研究人員用形狀記憶聚合物制造了支柱，這些聚合物在加熱時(shí)會(huì)展開。

佐治亞理工學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院教授Glaucio Paulino說：“Tensegrity結(jié)構(gòu)非常輕，同時(shí)也非常強(qiáng)大。” “這就是為什么目前在研究使用張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行外太空探測方面存在大量興趣的原因。目標(biāo)是找到一種方法來部署一個(gè)最初占據(jù)很小空間的大型物體。”

這項(xiàng)研究于6月14日在“ 科學(xué)報(bào)告 ”雜志上發(fā)表，由國家科學(xué)基金會(huì)和空軍科學(xué)研究辦公室贊助。

研究人員使用3D打印機(jī)來創(chuàng)建支柱，這些支柱構(gòu)成了張拉整體結(jié)構(gòu)的主要組成部分之一。為了使支柱能夠暫時(shí)折疊平放，研究人員將它們設(shè)計(jì)成中空的，帶有一個(gè)沿管長度延伸的狹窄開口。每個(gè)支柱在每一端都有一個(gè)連接點(diǎn)，用于連接彈性電纜網(wǎng)絡(luò)，彈性電纜也是用3D打印機(jī)制成的。

一旦支柱被加熱到65攝氏度，研究人員就可以將它們部分地壓平并折疊成類似于字母W的形狀。冷卻的結(jié)構(gòu)然后保持臨時(shí)形狀。

連接所有電纜后，可以重新加熱物體以啟動(dòng)轉(zhuǎn)換為張拉整體結(jié)構(gòu)。

“我們相信你可以制造類似天線的東西，這種天線最初被壓縮并占用很小的空間，但是一旦被加熱，就像太陽的熱量一樣，它會(huì)完全膨脹，”喬治·W教授Jerry Qi說道。佐治亞理工學(xué)院伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院。

制作可以轉(zhuǎn)變?yōu)閺埨w結(jié)構(gòu)的三維印刷物體的關(guān)鍵組成部分是控制膨脹率和順序。所述形狀記憶聚合物使研究人員能夠微調(diào)每個(gè)支柱通過在該溫度下發(fā)生膨脹調(diào)節(jié)如何迅速擴(kuò)大。這使得結(jié)構(gòu)能夠設(shè)計(jì)成具有順序擴(kuò)展的支柱。

“對(duì)于更大更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如果你不控制這些支柱擴(kuò)展的順序，它會(huì)纏結(jié)，你就會(huì)亂七八糟，”保利諾說。“通過控制每個(gè)支柱膨脹的溫度，我們可以進(jìn)行分階段部署，避免這種糾纏。”

“張力完整性”一詞來源于“張力完整性”這個(gè)詞，這個(gè)概念已被用作多年來幾個(gè)著名項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，包括澳大利亞布里斯班的一座大型人行天橋和體育場屋頂?shù)取喬靥m大的喬治亞圓頂體育場和韓國首爾的奧林匹克體操館。

研究人員設(shè)想，新的3-D印刷結(jié)構(gòu)可用于太空探索所需的超輕型結(jié)構(gòu)，甚至是變形軟機(jī)器人。

“這些活躍的張拉整體設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)上非常優(yōu)雅，并為可展開的三維結(jié)構(gòu)開辟了一系列可能性，”Paulino說。