如何打造3D打印扭转和旋转双稳态结构?

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-01-26

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在一篇题为《带有调谐元件的扭转和旋转双稳态结构的3D打印》的论文中,一组研究人员指出,到目前为止,大多数3D打印结构都是“具有固定形状和功能的静态结构。”然后他们继续介绍双稳态3D打印——特别是扭转和旋转双稳态结构。他们使用形状记忆聚合物(SMPs)来做到这一点——SMP是智能材料,可以记忆永久形状,并具有多个临时形状。

“我们首先提出3D打印的双稳态结构,允许扭曲和旋转重新配置,”研究人员说,“我们的设计基于柔性结构,但与传统的没有接头的整体结构不同,我们引入了特殊的接头,可以在不进行后装配的情况下对整个部件进行3D打印。这些关节对于调整双稳态也很重要。然后,通过使用SMP元件,我们演示了可调谐双稳态元件。”

使用嵌入在扭曲和旋转部件中的可调谐SMP元件,研究人员能够调整扭转或旋转角度并控制双稳态能量图的整体形状。这些可调谐双稳态元件可用于执行器或机械开关的简化运动控制。

使用Stratasys J750多材料3D打印机对组件进行3D打印。研究人员引入了特殊的接头来构造扭转和旋转双稳态元件而无需后装配。球形接头用于加捻部件,销接头用于旋转接头。

“此外,通过引入SMP,我们展示了扭转和旋转部件的可调谐双稳态。”他们继续说道,“通过设计合适的SMP元件,我们可以在打印后重新调整双稳态能量图并实现可调谐双稳态结构。这显著提高了双稳态在各种3D打印组件中的可调性和适用性。”

双稳态结构具有两个由能垒隔开的稳定状态。

“这些稳定状态是弹性-势能-能量图的局部最小值,”研究人员解释说,“通过具有横向或旋转力的适当机械动作,可以在两个稳定配置(状态A和B)之间切换多次可逆地完成。势能图中的斜率表示在给定位移处施加的力。为了克服能量障碍并诱导转变为其他形状,我们应该施加足够的能量来克服这个障碍。一旦我们通过屏障的山丘,结构将自动变形为另一个稳定的低能状态,而无需额外的能量。

双稳态结构随着时间的推移保持稳定而没有能量消耗,因为它处于稳定的能量位置。研究人员继续说,小扰动不会改变稳定位置,因此开环运动控制系统足以实现精确的运动控制。

研究人员表示,将SMP引入双稳态组件可以潜在地实现对智能和可编程传感器和执行器有用的刺激响应运动。SMP可用于在双稳态结构中启用主动重新配置。

该论文的作者包括Hoon Yeub Jeung,Soo-Chan An,In Cheol Seo,Eunseo Lee,Sangho Ha,Namhun Kim和Young Chul Jun。