就在本週，達特茅斯學院的研究人員開發了一種可以改變形狀和顏色的 3D 可打印智能墨水。 他們不同於其他使用 4D 打印技術做新奇事物的團隊。 康考迪亞大學機械、工業和航空航天工程系教授 Suong Van Hoa 正在使用 4D 打印技術製造無需模具即可自行彎曲的複合材料。

“4D 打印使我們能夠製作彎曲的複合結構，而無需製作彎曲的模具，”Hoa 說。 “我的主要發現是人們可以製造彎曲複合材料——具有高機械性能的長連續纖維，這可以更快、更經濟。”

通常，製造複合板簧等部件需要幾個步驟，這些部件是車輛中的輕型減震器。 為了製造S形零件，S形模具需要由金屬等固體材料製成。 然後將用樹脂系統預浸漬的增強織物放置在模具上以形成複合部件。 不過，Hoa 表示，使用 4D 打印技術可以省略構建複雜模具的初始步驟。

“複合材料的 4D 打印利用了基體樹脂的收縮和不同纖維取向層的熱收縮係數的差異，從而激活了固化和冷卻過程中的形狀變化，”他說。 “這種行為可用於製造具有彎曲幾何形狀的零件，而無需複雜的模具。因此，彎曲形狀的製造既快速又經濟。但是，形狀變化的程度取決於材料特性、纖維取向和堆疊。層序和製造工藝。”

Hoa 的部分研究涉及重新考慮複合層的各向異性特性。 各向異性是材料在沿不同軸承受載荷時的行為方式。 材料的各向異性特性是衡量它如何相對於其他因素變化的指標。 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。 據 Hoa 介紹，了解和控制這些變化是製作用於彎曲模具的彎曲層壓板的關鍵。

他說：“過去，各向異性一直被視為一種負擔。現在我將它們視為一種資產。”

Hoa 認為，該技術可以應用於航空航天等領域。

“另一個應用是像衛星這樣的空間結構，它們會受到極端溫度波動的影響，”他說。 “該結構可以在白天（溫度高時）打開以收集太陽能，並在晚上關閉以保護其內部。”

去年，Hoa 成為第一位被任命為美國複合材料協會會員的加拿大人。 他在一篇題為“通過研究、實踐、教育和服務對複合材料社區做出傑出貢獻”的論文中發表了他的研究成果。

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