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3D打印可形变微结构

卡卡 发表于 2016-10-01 03:26:20
3D打印可形变物体已经不是一个新奇的概念。因为引入了时间的维度,有人将这一类的3D打印称为4D打印。这些探索大多还在研究阶段,实现形变的方式也各有不同:有的利用材料本身的属性,在特定环境因素(如温度、湿度)的刺激下进行形变;有的通过一体化打印多种材料,利用不同材料间物理属性的差异造成形变。

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黑色部分是柔软有弹性的橡胶材料,白色部分是硬质塑料材料,一体化3D打印

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艺术家Behnaz Farahi 测试不同打印结构的压缩形变

Hasso-Plattner Institute最近发布了一项3D打印可形变物体的新技术。这项技术被称为 “
Metamaterial Mechanisms” (超材料机械结构),与上述两种形变方式不同,它是通过打印可以机械拉伸的微型结构,使最终打印物具有一定的形变能力的。


这种可辅助形变的微型结构叫 “Shearing cells” (拉伸单元格),在压力作用下可以发生特定方向上的形变。通过巧妙地安排这些Shearing cells的位置,物体的形变模式也相应地可以进行设计。


这项技术的研究者认为,所谓的Metamaterial (超材料),与其说是一种“材料”,不如说是一种“机械结构 (Mechanism)”。传统制造工艺中,机械结构需要由不同元件装配而成,通过元件之间的相互作用完成预设的功能;而Metamaterial使得一体化制造实现机械功能成为可能。

用Metamaterial技术一体打印的钳子

这项研究的另一个创新之处在于其配套的设计软件。这个软件界面非常简洁直观,物体形态是用立方体单元格呈现的,有点像玩minecraft的感觉。这款软件可以帮助用户构建三维物体并在适当位置添加Shearing Cells,还能模拟添加Shearing Cells之后物体的形变。

门把手建模,并添加Shearing Cells (绿色)

与传统制造工艺制造的机械部件相比,这种技术打印的机械结构未免有点不够结实牢靠 (比如上文中一体打印的钳子),不过相信随着技术的完善和材料科学的发展,它还是有很大的应用空间。感兴趣的同学可以看看他们发表的论文:
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