南洋理工王一凡教授《Nature》：3D打印可控制剛度的智能穿戴材料
時(shí)間：2021-08-13 11:30 來(lái)源：高分子科技 作者：admin 閱讀：次
大部分智能穿戴材料通過(guò)集成電子元件和感應(yīng)器來(lái)達(dá)到測(cè)量和通訊的目的。然而，這些穿戴材料的力學(xué)特性在制造以后通常是不可變的。可控剛度織物在軟的狀態(tài)下可以作為柔性的可穿戴材料，變硬以后能夠起到保護(hù)和支撐作用。這種先進(jìn)材料可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器件，外骨骼設(shè)備，機(jī)器人等領(lǐng)域中。
8月11日，美國(guó)加州理工學(xué)院Chiara Daraio教授和新加坡南洋理工大學(xué)機(jī)械航空學(xué)院王一凡教授合作在頂級(jí)綜合期刊《Nature》上發(fā)表了一種基于拓?fù)浠ユi顆粒材料的可3D打印智能織物。該織物由古代的鏈甲（鎖子甲）啟發(fā)，由三維結(jié)構(gòu)顆粒之間的拓?fù)浠ユi連接而成。將該織物封裝進(jìn)柔性氣囊并加負(fù)壓后，互鎖顆粒之間的接觸點(diǎn)數(shù)急劇增加形成阻塞相變（jamming
transition），大幅提高織物的剛度和強(qiáng)度。南洋理工大學(xué)王一凡助理教授（原加州理工博士后）和加州理工博士生李柳池為論文共同一作，加州理工學(xué)院Chiara
Daraio教授為論文通訊作者。
圖一 拓?fù)浠ユi智能織物的示意圖以及剛度的控制
如圖一所示，設(shè)計(jì)好的智能織物由中空的正八邊形顆粒組成，并可以用激光燒熔打印技術(shù)(SelectedLaser
Sintering)將整張織物一次打印。由于顆粒中空的架構(gòu)，整張織物密度很�。▇0.2g/cm3），與傳統(tǒng)織物類似，并且相當(dāng)柔軟。當(dāng)織物封裝于柔性氣囊并加負(fù)壓后，剛度增加25倍以上并能承受大于本身50倍的重量。
圖二 不同顆粒架構(gòu)形成的織物彎曲剛度和顆粒接觸點(diǎn)數(shù)的關(guān)系。
除了正八邊形的架構(gòu)，該課題組還研究了不同的顆粒架構(gòu)對(duì)織物整體剛度的影響（圖二）。在將來(lái)可以通過(guò)對(duì)顆粒幾何形狀的拓?fù)鋬?yōu)化或者機(jī)器學(xué)習(xí)，來(lái)達(dá)到最大化該織物剛度的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
圖三 織物的形狀可重構(gòu)，可調(diào)節(jié)沖擊保護(hù)，以及不同尺度下的應(yīng)用。
視頻一 織物在柔性狀態(tài)下的沖擊吸能效果。
視頻二 織物在剛性狀態(tài)下的抗沖擊效果。
在可調(diào)節(jié)剛度以外，該智能織物還有形狀重構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：在柔性狀態(tài)下可以調(diào)整成隨意形狀，然后通過(guò)阻塞相變固定在該形狀
（圖三）。同時(shí)該織物在不同剛度下還具備可控的抗沖擊效果，對(duì)于防護(hù)穿戴設(shè)備（如防彈衣等）有廣泛應(yīng)用（視頻一，二）。在更大的尺度上，該織物還可以用來(lái)做成可重構(gòu)的建筑材料，如可重構(gòu)房屋，橋梁等。為了增加結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，該團(tuán)隊(duì)還完成了織物的金屬打�。ㄈ玟X合金）。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03698-7.pdf
(責(zé)任編輯：admin)
上一篇：專訪Conflux創(chuàng)始人Michael Fuller：重新設(shè)計(jì)和3D打印熱交器
下一篇：下一個(gè)聲學(xué)趨勢(shì)，3D打印量產(chǎn)耳機(jī)
下一篇：下一個(gè)聲學(xué)趨勢(shì)，3D打印量產(chǎn)耳機(jī)
逐夢(mèng)生物3D打印人造組織器
16歲高中生“手搓”折疊屏
3D Systems 創(chuàng)始人Chuck H
吳鑫華院士領(lǐng)銜建設(shè)蘇州大
武漢三維陶瓷總經(jīng)理馬濤：
李方正：中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)最新內(nèi)容
- ·逐夢(mèng)生物3D打印人造組織器官—博士生梁
- ·16歲高中生“手搓”折疊屏手機(jī)！3D打印
- ·3D Systems 創(chuàng)始人Chuck Hull當(dāng)選美國(guó)
- ·吳鑫華院士領(lǐng)銜建設(shè)蘇州大學(xué)金屬材料與
- ·武漢三維陶瓷總經(jīng)理馬濤：工業(yè)化應(yīng)用落
- ·李方正：中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展洞悉暨《
- ·張麗娟：增材制造技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，德國(guó)Fr
- ·楊曉光：增材制造裝備可靠性檢測(cè)賦能新
- ·李騫：金屬增材制造裝備質(zhì)量可靠性探索
- ·麥奇光：金屬3D打印在骨科中的應(yīng)用
推薦內(nèi)容
中科院林鑫團(tuán)隊(duì)To
專訪清鋒創(chuàng)始人姚
浙江大學(xué)賀永教授
吳逸飛：區(qū)塊鏈技
黃維院士團(tuán)隊(duì)：3D
孫陸逸教授：高分熱點(diǎn)內(nèi)容
- ·楊劍：擁抱時(shí)代浪潮，3D打印，未來(lái)“天
- ·張衛(wèi)紅院士團(tuán)隊(duì)：航天高性能薄壁構(gòu)件的
- ·清華大學(xué)姚學(xué)鋒教授團(tuán)隊(duì)：3D打印連續(xù)纖
- ·專訪清鋒創(chuàng)始人姚志鋒，做3D打印產(chǎn)品“
- ·湯慧萍教授入選陜西省“特支計(jì)劃”科技
- ·戴尅戎院士團(tuán)隊(duì)“定制式增材制造膝關(guān)節(jié)
- ·南科大《CoCo》綜述：連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合
- ·美國(guó)海軍作戰(zhàn)部長(zhǎng)：3D打印能造核武
- ·國(guó)防科技大學(xué)教授王群：3D打印在軍事應(yīng)
- ·武漢三維陶瓷總經(jīng)理馬濤：工業(yè)化應(yīng)用落
