实验室使4D打印更实用的机器人，生物医学植入应用

随着一种打印变形材料的新方法的出现，可以根据需要重新配置自己的软体机器人和生物医学植入物越来越接近现实。

拉斐尔Verduzco以及莱斯大学的研究生摩根·巴恩斯布朗工程学院开发了一种打印物体的方法，当暴露于温度、电流或压力的变化时，可以操纵物体以不同的形式出现。研究人员认为这是反应性4D打印。他们的研究发表在美国化学学会杂志《ACS应用材料与界面》上。

2018年，他们首次报告了在模具中制造变形结构的能力。使用相同的化学方法进行3D打印，将结构限制为位于同一平面上的形状。这意味着没有凸起或其他复杂的曲率可以被编程为备用形状。

Verduzco说，克服这一限制，将打印过程与成型分离，是朝着更有用的材料迈出的重要一步。

Verduzco说:“这些材料一旦制造出来，就会自动改变形状。”“我们需要一种方法来控制和定义这种形状变化。我们的想法很简单，就是按顺序使用多种反应来打印材料，然后决定它如何改变形状。我们的方法不是试图一步完成这一切，而是在控制初始和最终形状方面提供了更大的灵活性，也允许我们打印复杂的结构。”

该实验室的挑战是创造一种液晶聚合物“墨水”，它包含了分子之间互斥的化学链接。一种是建立原始的印刷形状，另一种可以通过物理操作印刷和干燥材料来设置。在紫外线光下固化交替形式锁定这些链接。

一旦设定好这两种编程形式，材料就可以在加热或冷却时来回变形。研究人员必须找到一种聚合物混合物，可以在催化剂浴中打印，并且仍然保持其原始的程序形状。

巴恩斯说:“我们需要优化很多参数，从所用的溶剂和催化剂，到膨胀程度和墨水配方，以使墨水能够快速固化，从而打印，同时不抑制所需的最终形状驱动。”

该过程的另一个限制是能够打印不受支持的结构，如列。她说，要做到这一点，就需要一种溶液，使其在打印过程中能够足够支撑自己。获得这种能力将使研究人员能够打印更复杂的形状组合。

Barnes说:“未来的工作将进一步优化打印配方，并使用支架辅助打印技术来创建在两种不同复杂形状之间转换的执行器。”“这为打印软体机器人打开了大门，它们可以像水母一样游泳，像蟋蟀一样跳跃，或者像心脏一样运输液体。”

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