用于3D打印无约束快速变形软材料的铁磁畴

2018-08-06XuanheZhao,YoonhoKim,HyunwooYuk等

家电科技 2018年7期

软质材料能够响应诸如光、热、溶剂、电场和磁场等刺激而发生三维（3D）形状变化，在柔性电子、软体机器人以及生物医学等多种领域有广泛应用。其中，磁场条件为生物医学应用提供了一种安全有效的操作方法，但这通常需要在封闭空间中进行远程驱动。随着磁场控制技术的进步，磁响应性软材料也从嵌入式离散磁铁或者由磁性粒子聚合而成的软性化合物演变为在聚合层中生成的非均匀磁化剖面。本文研究报告了一种利用程序化的铁磁畴对软材料进行3D打印的技术，能够通过磁性驱动实现复杂三维形状的快速转换。该方法基于直写成型技术，利用一种含有铁磁微粒的弹性复合材料作为打印墨水。通过在打印时改变喷嘴处的磁场，对作用区域的粒子进行重新定向，从而使印丝具有图案化的磁极性。通过这种方法，可以对复杂3D打印软材料中的铁磁畴进行程序化控制，实现一系列以往难以实现的形变模式。利用这种程序化控制铁磁畴方法打印的软材料，其驱动速度和功率密度与现有的3D打印活性材料相比具有数量级的优势。本文研究还进一步演示了复杂形变衍生出的多种功能，包括可重构的柔性电子器件、可跳跃的机械超颖材料以及能够爬行、翻滚、抓住快速移动物体和传输药物剂量的软体机器人。