跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)致力于四維印刷金屬和合金

德克薩斯A&M大學(xué)材料科學(xué)與工程系和工業(yè)與系統(tǒng)工程系的一組研究人員正在合作開發(fā)四維印刷鎳鈦形狀記憶合金。

該研究小組由Ibraham Karaman博士，系主任和雪佛龍教授I組成; RaymundoArróyave博士，材料科學(xué)與工程副教授; 馬克博士，德克薩斯A&M工程實(shí)驗(yàn)站助理研究員; 和Alaa Elwany博士，工業(yè)和系統(tǒng)工程助理教授。

“我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)制造'智能'單片金屬結(jié)構(gòu)的能力，這種結(jié)構(gòu)將隨著時(shí)間的推移對刺激做出反應(yīng)，并在同一部位內(nèi)產(chǎn)生不同的位置依賴刺激反應(yīng)，”Elwany說。“在我們的情況下，這是在受到溫度刺激時(shí)保持其原始形狀。”

這些結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是“智能的”，因?yàn)楫?dāng)施加諸如溫度變化或磁場的刺激時(shí)，它們可以根據(jù)需要改變它們的物理形狀或性質(zhì)。

“在這種情況下，我們的材料有'記住'的形狀，”馬說。“如果將其彎曲變形，材料在加熱后將恢復(fù)原狀。”

雖然在該區(qū)域進(jìn)行了其他工作，但先前測試的材料在加熱到一個(gè)特定溫度后恢復(fù)到記憶的形狀。該團(tuán)隊(duì)的工作現(xiàn)在可以使同一件的不同部件在不同溫度下返回。這提供了創(chuàng)建可以在不同溫度下呈現(xiàn)多種不同形狀的設(shè)備的能力。

由于3D打印過程中使用的各種加工參數(shù)所產(chǎn)生的特性，該團(tuán)隊(duì)還通過超越簡單的材料形狀(如電線)擴(kuò)展到更復(fù)雜的形狀，從而擴(kuò)展了以前的工作。作為他們研究的結(jié)果，這是第一次具有多種可編程形狀的復(fù)雜材料成為可能。

“下一步是實(shí)際開發(fā)形狀和功能設(shè)計(jì)的框架，并從設(shè)計(jì)規(guī)范中確定所需的材料和加工條件，”Arróyave說。“這是一個(gè)非常非常困難的問題，需要大量開發(fā)新的計(jì)算，實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)工具，我們讓團(tuán)隊(duì)實(shí)施它。”

“我們組建的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)執(zhí)行這一具有挑戰(zhàn)性的問題，包括形狀記憶合金，材料加工，增材制造，計(jì)算材料和工藝設(shè)計(jì)方面的專家，”卡拉曼說。“通過控制結(jié)構(gòu)的局部特性和對功能進(jìn)行分級(jí)，我們采用傳統(tǒng)的3D打印流程將其轉(zhuǎn)換為'4-D打印'技術(shù)。”

由于他們的工作，在航天和航空工業(yè)中，衛(wèi)星太陽能電池板將有可能進(jìn)行多階段的展開和展開，而不是簡單地開啟或關(guān)閉。在醫(yī)療行業(yè)中，植入物可以具有在不同時(shí)間或溫度下展開或改變形狀的裝置，以允許更復(fù)雜的外科手術(shù)插入或放置。在智能鎖或開關(guān)上，可以進(jìn)行更多模擬控制，例如音量旋鈕而不是單個(gè)開或關(guān)按鈕。