麻省理工学院工程师设计“剥离”可打印结构折叠自己

来自麻省理工学院的工程师已经开发出一种新方法，可以生产开始折叠的可打印结构，从打印平台上剥离。

随着3D打印已成为主流技术，行业和学术研究人员已经调查了当加热或浸入水中时将自己折叠成有用的三维形状。

在American Chemical Society的杂志上出现的纸张，MIT计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）和同事的研究人员报告了一些新的东西：一旦将其剥离打印，就开始折叠自己的可打印结构平台。

研究人员所说的，在没有任何外部刺激的情况下，设备的设备之一是它们可以涉及更广泛的材料和更精细的结构。

“如果您想添加印刷电子产品，您通常将使用一些有机材料，因为大多数印刷电子产品依赖于它们，”电气工程和计算机科学的麻省理工学院研究生Sunramanian Sundaram说：“电脑科学和第一作者”本文。“这些材料通常非常非常敏感，对水分和温度非常敏感。因此，如果您有这些电子产品和零件，并且您想启动它们，您就不会在水中扣住它们或加热它们，因为那么您的电子产品会降级。“

为了说明这种想法，研究人员建立了一种自折叠可打印装置，包括电引线和聚合物“像素”，当电压施加电压时，从透明变为不透明的聚合物“像素”。这是Sundaram和他的同事今年早些时候宣布的“可打印Goldbug”的变化，开始看起来像字母“H”。但H的每个腿在两个不同的方向上折叠，产生桌面形状。

研究人员还建立了几种不同版本的相同基本铰链设计，表明它们可以控制关​​节折叠的精确角度。在测试中，它们通过将它们附接到重量而强制伸直铰链，但当移除重量时，铰链恢复了它们的原始褶皱。

在短期内，该技术可以使传感器，显示器或天线的定制制造，其功能取决于其三维形状。长期来看，研究人员设想可打印机器人的可能性。

Sundaram由他的顾问，Wojciech Matusik，电气工程和计算机科学副教授（EECS）顾问，Wojciech Matusik（EECS）的顾问加入了本文; Marc Baldo，也是EEC的副教授，专门从事有机电子产品; David Kim是Matusik的计算制造群体技术助理; Amhersts大学马萨诸塞州大学聚合物科学与工程教授Ryan Hayward。

该剪辑显示加速折叠的示例。（图像：Tom Buehler / CSail）

缓解压力

研究人员设计的关键是一种新的打印机墨水材料，在它凝固后扩展，这是不寻常的。大多数打印机墨水材料在凝固时略有契约，设计师经常必须解决的技术限制。

印刷设备以图层建立，在原型中，麻省理工学院研究人员在顶部或底部的精确位置处将其扩展材料存放在精确的位置。底层稍微粘附在打印机平台上，并且粘合力足以随着层的建立，以保持器件平坦。但一旦完成的设备剥离了平台，由新材料制成的接头开始膨胀，沿相反方向弯曲装置。

与许多技术突破一样，CSAIL的研究人员发现物质的发现是一个事故。Matusik的计算制造组使用的大多数打印机材料是聚合物的组合，长分子，其由单分子组分或单体的链条重复组成。混合这些组件是用于创建具有特定物理属性的打印机墨水的一种方法。

在试图开发一种产生更灵活的印刷组件的墨水的同时，CSAIL的研究人员无意中击中了一个在硬化后略微扩展的墨水。它们立即认识到扩展聚合物的潜在效用，并开始试验混合物的修饰，直到它们到达一个配方，让它们构建能够扩展的接头以折叠一半。

像珠宝一样的植物（Impatiens Capensis;或者通常，发现的触摸我）使用巧妙地用压力为他们的种子的弹道分散。该植物通过控制组织水合，以内置应力的形式在其种子荚中的能量储存。当轻轻触摸时，这些豆荚爆炸并卷起来发射他们的种子。使用类似的概念，S. Sundaram和同事证明了使用3D打印来制造具有特定区域残余应力的扁平电子复合材料。

Whys和Wherefores.

海沃德对本文的贡献是帮助麻省理工学院团队解释材料的扩张。产生最有力的膨胀的油墨包括几个长的分子链和一个更短的链条，由丙烯酸单体异络酯组成。当墨水层暴露于紫外线 - 或“固化”时，通常用于3-D印刷的方法，以沉积为液体的硬化材料 - 长链彼此连接，产生刚性丛林丛林丛林。

当将另一层材料沉积在第一层的顶部时，顶部的丙烯酸酯的小链子，液体层沉入下层，更刚性的层。在那里，它们与较长的链相互作用以施加膨胀力，该力暂时抵抗印刷平台的粘附力。

研究人员希望对材料扩张的原因进行更好的理论理解，使其能够设计针对特定应用程序定制的材料 - 包括在固化后抵抗许多印刷聚合物的典型典型的1-3％收缩的材料。

“这项工作很令人兴奋，因为它提供了一种在3D对象上创建功能电子产品的方法，”北卡罗来纳州立大学化学工程教授Michael Dickey说。“通常，电子处理以平面，2D时尚完成，因此需要平坦的表面。这里的工作提供了在2D表面上使用更多传统的平面技术创建电子设备的路线，然后将它们转换为3D形状，同时保留电子器件的功能。在印刷过程中，通过聪明的技巧将压力构建压力的变化。“

PDF纸本副本：3D印刷自折叠电子产品