特殊墨水打印的扁平物可立体变形

来源:专题范文时间:2024-02-04 17:00:02

木制品通常通过锯切、雕刻、弯曲或压制制成，现在，这些方法似乎要过时了。在2022年8月23日的美国化学学会秋季年会上，以色列希伯来大学科学家描述了如何对3D打印挤出的扁平形状进行编程，使其自我变形为复杂的3D形状。在未来，这项技术可用于制造家具或其他木制品，被烘干后还能形成所需的形状。

在自然界中，植物和一些动物可改变自己的形状或纹理。即使一棵树被砍倒了，树木也会在干燥时改变形状。由于木材内纤维方向的变化，它会不均匀地收缩和翘曲。而人工建筑通常不能自我塑造。

几年前，研究团队开发了一种环保水性墨水，由木材废料微粒（“木粉”）与从植物中提取的天然黏合剂——纤维素纳米晶和木葡聚糖混合而成，并在3D打印机中使用这种墨水。他们最近发现，当水分从印刷品中蒸发时，油墨的沉积方式或“路径”会改变印刷品形状。例如，打印成一系列同心圆的平面圆盘干燥收缩后形成马鞍状结构，就像薯片的形状一样，而打印成从中心点发出的一系列射线的圆盘会变成圆顶或锥形结构。

研究团队发现，物体的最终形状也可通过调整打印速度来控制。这是因为收缩发生在垂直于油墨中的木材纤维上，而打印速度会改变这些纤维的排列程度。较慢的速率使粒子的方向更随机，因此在所有方向上都会发生收缩。更快的打印速度使纤维彼此对准，因此收缩更具方向性。

研究人员对打印速度和打印路径进行编程，以实现各种最终形状。他们发现，将不同方向打印的两个矩形层堆叠在一起，干燥后會产生螺旋。最新工作发现，可对打印路径、速度和堆叠进行编程，以控制形状变化的特定方向，例如矩形是否扭曲为顺时针或逆时针螺旋。

通过进一步的改进，该团队能够结合马鞍、圆顶、螺旋和其他设计图案来生产具有复杂形状的物体。研究人员说，有可能将木制品以扁平的形状运送给用户，从而减少运输量和成本。当用户收到木制品后，可以翘曲成想要的结构。

研究人员表示，这项技术或可授权家庭使用，消费者可用普通的3D打印机设计和打印他们自己的木制品。

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