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      動態焦點:特殊墨水打印的扁平物可立體變形


      【資料圖】

      印刷成扁平矩形的木墨被編程為干燥固化后形成復雜的形狀。圖片來源:多倫·卡姆(以色列希伯來大學)

      科技日報實習記者?張佳欣

      木制品通 常通過鋸切、雕刻、彎曲或壓制制成,現在,這些方法似乎要過時了。在23日的美國化學學會秋季年會上,以色列希伯來大學科學家描述了如何對3D打印擠出的 扁平形狀進行編程,使其自我變形為復雜的3D形狀。在未來,這項技術可用于制造家具或其他木制品,被烘干后還能形成所需的形狀。

      在自然界中,植物和一些動物可改變自己的形狀或紋理。即使一棵樹被砍倒了,樹木也會在干燥時改變形狀。由于木材內纖維方向的變化,它會不均勻地收縮和翹曲。而人工建筑通常不能自我塑造。

      幾年前,研究團隊開發了一種環保水性墨水,由木材廢料微粒(“木粉”)與從植物中提取的天然黏合劑——纖維素納米晶和木葡聚糖混合而成,并在3D打印機中 使用這種墨水。他們最近發現,當水分從印刷品中蒸發時,油墨的沉積方式或“路徑”會改變印刷品形狀。例如,打印成一系列同心圓的平面圓盤干燥收縮后形成馬 鞍狀結構,就像薯片的形狀一樣,而打印成從中心點發出的一系列射線的圓盤會變成圓頂或錐形結構。

      研究團隊發現,物體的最終形狀也可通過調整打印速度來控制。這是因為收縮發生在垂直于油墨中的木材纖維上,而打印速度會改變這些纖維的排列程度。較慢的速率使粒子的方向更隨機,因此在所有方向上都會發生收縮。更快的打印速度使纖維彼此對準,因此收縮更具方向性。

      研究人員對打印速度和打印路徑進行編程,以實現各種最終形狀。他們發現,將不同方向打印的兩個矩形層堆疊在一起,干燥后會產生螺旋。最新工作發現,可對打印路徑、速度和堆疊進行編程,以控制形狀變化的特定方向,例如矩形是否扭曲為順時針或逆時針螺旋。

      通過進一步的改進,該團隊能夠結合馬鞍、圓頂、螺旋和其他設計圖案來生產具有復雜形狀的物體。研究人員說,有可能將木制品以扁平的形狀運送給用戶,從而減少運輸量和成本。當用戶收到木制品后,可以翹曲成想要的結構。

      研究人員表示,這項技術或可授權家庭使用,消費者可用普通的3D打印機設計和打印他們自己的木制品。

      關鍵詞: 打印速度 研究人員 水性墨水 干燥收縮

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