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相關資訊:4D打印技術制造無需模具的曲面復合材料

近年來，4D打印技術一直是許多研究的主題。就在本周，美國達特茅斯學院的研究人員開發出了一種可3D打印的智能墨水，可以改變形狀和顏色，他們與使用4D打印技術做新穎事物的其他團隊不同。Concordia大學機械、工業和航空航天工程系教授Suong Van Hoa正在使用4D打印技術制造復合材料，可以自行彎曲，無需使用模具。

       “4D打印使我們能夠制作彎曲的復合結構，而無需制作彎曲的模具，”Hoa說。“我的主要發現是，人們可以制作彎曲的復合材料-具有高機械性能的長連續纖維，能夠實現更快速、更經濟。”通常，在制造像復合板簧這樣的部件中需要幾個步驟，這是車輛中的輕質減震器。為了制作S形件，S形模具需要由金屬等固體材料制成。然后將預浸有樹脂體系的增強織物放置在模具上以形成復合件。但是，Hoa表示，采用4D打印技術可以省略構建復雜模具的初始步驟。

       “復合材料的4D打印利用了基體樹脂的收縮率，以及不同纖維取向的層的熱收縮系數的差異，從而在固化和冷卻時激活形狀的變化，”他說。“這種行為可以用來制造具有彎曲幾何形狀的零件，而不需要復雜的模具。因此，彎曲形狀的制造可以是快速且經濟的。但是，形狀變化的程度取決于材料特性、纖維取向、疊層順序和制造工藝。”

        Hoa的部分研究涉及重新考慮復合層的各向異性特性。各向異性是材料沿不同軸線承受載荷時的表現方式。材料的各向異性屬性是衡量它如何在與其他因素的關系上發生變化的一種度量。例如，樹脂收縮會導致材料變形，或者溫度變化會導致纖維膨脹或收縮。根據Hoa表示，對這些變化的理解和控制是制作彎曲模具的彎曲層壓板的關鍵。

        他說：“各向異性在過去一直被視為一種負擔。現在我把他們視為一項資產。”Hoa認為，該技術可應用于航空航天等領域。“另一個應用是像衛星這樣的空間結構，這些結構受到極端溫度波動的影響，”他說。 “白天結構可以開放（當溫度高時）收集太陽能，并在夜間關閉以保護其內部。” 

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