使用形状记忆聚合物进行Swift4D打印

形状记忆聚合物或变形材料是近年来在材料科学和生物医学工程领域获得广泛关注的智能材料，用于构建智能结构和设备。数字光处理是一种基于光聚合的方法，其技术速度显着加快，可一步打印完整层以创建智能材料。

FahadAlam和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学电气和计算机工程以及核工程领域的科学家团队开发了一种简便快速的方法，可通过数字光打印3D打印基于形状记忆聚合物的智能结构3D打印机和定制树脂。

他们将液晶(一种可以随温度改变形状的材料)与树脂相结合，为直接3D打印热响应结构引入形状记忆特性，同时避免了树脂制备的复杂性。该团队打印了具有不同几何形状的结构并测量了形状记忆响应。形状记忆聚合物可以方便地制备用作智能工具、玩具和超材料。

形状记忆聚合物属于一类双形状智能聚合物，可以发生机械变形并根据环境参数恢复到原始形状。形状记忆聚合物的恢复取决于外部刺激的施加，例如热、光、电、湿度和pH值变化。

此类材料是可变形的结构，由于其多功能性和工业可行性，近年来引起了人们极大的兴趣。研究团队展示了通过数字光处理4D打印形状记忆聚合物;一种基于还原光聚合的3D打印方法。结果凸显了3D打印复杂结构对于各种应用的适用性。

创建形状记忆效果

研究团队通过研究形状诱导和恢复过程，研究了3D打印样品的形状记忆效应。该方法可以轻松、高分辨率地打印复杂的3D设计。这些结构可用于多种应用，如灵活的智能贴片、尺寸可变的机械工具和可变形玩具。在这项工作中，阿拉姆和同事开发了一种基于液晶与光固化树脂混合的形状记忆聚合物，以开发一种半结晶聚合物，并根据之前的研究描述了其作用机制。

研究小组利用扫描电子显微镜观察了有或没有液晶的3D打印横截面的内部形态。然后，他们观察了形状记忆聚合物相对于其在承重后恢复能力的反应。目前的工作展示了3D数字光处理对创建具有4D效果的形状记忆聚合物的影响。科学家们量化了形状记忆响应，以显示恢复角比与时间的关系。

可调节的机械性能

研究人员探索了3D打印智能记忆聚合物的前景应用。为了实现这一目标，阿拉姆和同事通过对狗骨样本进行拉伸测试来确定材料的机械性能，以展示如何通过调节晶格结构的形状来调整印刷材料的机械性能。

他们通过有限元模拟证实了智能材料的机械可调性，并将实验结果与有限元分析的拉伸测试结果进行了比较。通过实验观察到的二维晶格的机械性能与通过模拟预测的一致。基于灵活性和拉伸性，Alam和团队对样品进行了应变测试和关节运动传感应用测试。

为了通过聚合物集成促进关节运动，科学家们应用了纳米银基导电涂层作为电极，这需要进一步优化打印参数。科学家们通过拉伸和压缩结构以促进患者运动来测量电阻的变化。

所制备的格子电极贴片的电阻测量结果表明其作为关节运动传感的智能贴片的潜力;这可以应用于人类的膝盖、肘关节、假肢或真肢来感知运动。这种电极贴片可以通过简单快速的制造过程根据患者的尺寸进行定制。

外表

这样，FahadAlam和团队提出了一种3D打印智能材料的方法，首先使用形状记忆聚合物，通过数字光处理轻松快速地制造。科学家们定制了3D打印的物体，以创建随时间变化的结构，这就是所谓的4D打印。他们通过将液晶与树脂结合并使用商用桌面打印机进行打印来实现这一目标。研究人员利用该方法制造了各种复杂的物体，包括格子贴片、可折叠玩具、智能包装和机械扳手。

科学家们对这些物体进行加热，暂时改变它们的形状，并用于随后的形状恢复应用。该团队利用拉伸测试来展示形状记忆聚合物的可调节性质，以满足生物医学工程中的特定应用。这种3D打印的晶格贴片非常适合关节运动应用中的应变传感。研究人员记录了3D打印智能贴片的电阻变化，以检测患者假肢关节和手臂的运动。

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