4D打印的潜艇不用电不用油却可以划动

2018-06-07 11:26

你是否想过一个潜艇，在不用电不耗燃料的情况下，也可以移动呢？4D打印竟然让这成为了现实，这是一艘完全用塑料制成的潜艇，7.5厘米长，能够向前划桨，运送货物，并返回基地，所有这些都没有发动机、推进剂或电源。

将材料科学、计算和工程结合在一起，创造了这一壮举，是由kristina shea教授与加州理工学院的研究人员一起完成的。那么这艘潜艇究竟是如何运动的呢？

其实它采用了4D打印的概念，首先对3D打印对象进行预编程，以便将塑料对热的响应转化为不同的形状，从而转化为潜艇的运动。微型潜艇的设计是一个复杂的热激活执行器，依赖于交错激活三个单独的执行器组。

在每一组桨和一个固定在顶部的夹持器上，潜艇的4D打印执行器被编程以适应水温的变化。在第一次冲程中：膨胀发生，执行器移动，带动连接的浆划动。第二组桨上的执行机构比第一组中的桨厚，这意味着执行机构的塑料需要更长的时间来加热、膨胀和产生冲程。

潜艇的游泳过程类似于我们的肌肉扩张和收缩以产生运动的方式。然而目前，潜艇每套执行机构只能执行一次冲程/动作，如果要多次运动潜艇需要重置。

最终，该团队将能够创造复杂的系列多个4D打印驱动器，以使潜艇在水中的进一步活动。研究人员还希望扩大研究范围，将对其他环境因素(如水的盐度或酸度)作出反应的材料也包括在内。

之前4D打印有哪些研究进展呢？

▲典型的4D打印结构，可在热刺激下变形，由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）研制

美国乔治亚理工学院（GT）近日展示了他们开发出的一种全新4D打印结构。正如图片所示，它们原先处于一种“蜷缩”状态，但随着浸入热水后便会逐渐展开，最终变成另一个样子。

同样是Kristina Shea教授的研究成果：这些4D打印结构是他们使用一款多材料3D打印机制造的。其中，白色部分的材料一种刚性聚合物，黑色部分的材料则是一种弹性聚合物。这种弹性聚合物受热会发生形变，而这正是这些结构变形的关键所在。

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