[논문] 3D 인쇄 방법은 스마트 섬유를위한 색상 변화 재료를 만듭니다

재료 과학을위한 도약에서, 다국적 연구 팀은 3D 프린트 콜레 스틱 액정 엘라스토머 (CLCE)의 선구적인 방법을 개발하여 복잡하고 색상을 바꾸는 반응 형 재료를 가능하게하고 스마트 섬유 및 고급 로봇 공학과 같은 새로운 애플리케이션을위한 길을 열었습니다.

DIW (Coaxial Direct Ink Writing)로 알려진 최첨단 방법을 사용하여 Pennsylvania 대학 (Penn)의 엔지니어 및 과학자 팀은 Harvard University 및 LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory)의 3D 프린트로 변경할 수있는 3D 프린트, 다중 안정적인 구조물을 고유 한 재료와 돕는 스마트 재료를 조합 할 수있는 목표를 발명했습니다. 연구는있었습니다 게시 저널에서 고급 재료.

이 연구의 핵심은 생생한 색상 그리고 탄력성. 간단히 말해서, Clces는 부드럽고 고무가 많은 물질로, 모양과 적용된 응력에 따라 색을 바꿀 수 있습니다. 이 놀라운 특성은 빛을 조작하는 능력 때문이며, Clces의 분자 구조는 기분 링, 수족관 온도계 및 부기 보드에 사용되는 재료와 같은 복잡한 컬러 디스플레이를 생성 할 수 있습니다.

이 독창적 인 접근 방식에 대한 영감은 LLNL 엔지니어 Elaine Lee, Katherine Riley 및 Caitlyn Cook Krikorian의 기여와 함께 Penn 연구원 Alicia Ng (LLNL 여름 학생 인턴)와 Shu Yang의 공동 비전에서 비롯됩니다. 이 돌파구는 하버드 연구원 Jennifer Lewis와 Rodrigo Telles와 파트너 관계를 맺고 CLCE 코어의 발판 역할을하기 위해 투명한 실리콘 쉘을 인쇄하려는 아이디어를 생각해 냈습니다. 연구원들은 이번 여행은 도전이 없었다고 말했다.

“우리는 일을 가져오고 싶었습니다 [into the Lab] Cook은 “우리가 실행 가능한 재료를 발견 한 후에는 DIW 조건, 특히 전단 속도를 미세 조정하는 데 많은 시간을 보냈으며 생동감있는 색상을 유지하는 동시에 인쇄용 충실도를 보장하여 이러한이 bistable 돔 구조를 구성하는 데 상당한 시간을 보냈습니다. 이 논문에서 우리는이 구조물을 인쇄 할 수 있음을 시연했지만 이것은 달성 가능한 인쇄 아키텍처까지 빙산의 일각 일뿐입니다. “

이러한 혁신적인 재료의 잠재적 인 응용은 방대합니다. LLNL의 Riley는 다중 안정성이 “열린 및 닫히고 기계적 부하를 수동적으로 감지하고 기록 할 수있는 메타 물질 시트, 기존 전자 제품없이 계산할 수있는 기계적 논리 시스템을 만드는 데 사용되었다고 강조했다.

Clces를 사용함으로써 팀은 스트레스를받을 때 색상이 바뀌는 특수 잉크로 유연한 구조를 3D 인쇄 할 수 있습니다. 이 색상 변화는 시각적 신호로 작용하여 구조가 어떻게 사용되는지와 압력이 있는지 여부를 보여줍니다.

라일리는“2D 또는 3D 메타 물질 배열로 배열되면이 아키텍처는 수동 디스플레이와 다른 색상을 나타내는 센서에 사용될 수 있으며 다양한 수준의 기계적 하중이 적용되었음을 나타내는 센서에 사용될 수있다”고 말했다.

연구원들은 이러한 재료를 특정 형태로 직접 인쇄 할 수있는 원격 변형 감지 센서 역할을하여 복잡한 아키텍처에서 실험적으로 맵핑하고 스트레스를 검증하는 능력을 제공합니다.

앞으로도이 팀은 훨씬 더 복잡한 액정 엘라스토머 유사 합성 근육 및 감지 특성으로 새로운 클래스의 3D 인쇄 된 지각 재료를 개발하기위한 실험실 지시 연구 개발 전략 이니셔티브를 통해 연구를 확장하기를 간절히 원합니다. 노력을 주도하는 Cook과 Lee는 인쇄 된 아키텍처의 복잡성을 향상시키고 결과를 계산 시뮬레이션에서 관찰 된 응력과 비교하고 싶습니다.

연구원들은 재료가 어떻게 다른 하중 조건에 따라 실시간으로 강성을 변화시키고 잠글 수 있는지 조사하고 있습니다. 이 CLCE 자료는 ​​LLNL의 자동 재료 실험실 및 기계 학습 강화 전략을 통해 새로운 디자인을 빠르게 반복하는 데 중요한 역할을 할 수 있다고 Cook은 말했다.

팀이 인쇄 기능을 계속 개선함에 따라, 그들은 이러한 생생한의 실질적인 통합을 구상합니다. 반응 형 재료혁신적인 제조 기술로 스마트 재료로봇 공학 및 그 너머.