跨学科团队致力于四维印刷金属和合金

德克萨斯A&M大学材料科学与工程系和工业与系统工程系的一组研究人员正在合作开发四维印刷镍钛形状记忆合金。

该研究小组由Ibraham Karaman博士，系主任和雪佛龙教授I组成; RaymundoArróyave博士，材料科学与工程副教授; 马克博士，德克萨斯A&M工程实验站助理研究员; 和Alaa Elwany博士，工业和系统工程助理教授。

“我们的目标是实现制造'智能'单片金属结构的能力，这种结构将随着时间的推移对刺激做出反应，并在同一部位内产生不同的位置依赖刺激反应，”Elwany说。“在我们的情况下，这是在受到温度刺激时保持其原始形状。”

这些结构被认为是“智能的”，因为当施加诸如温度变化或磁场的刺激时，它们可以根据需要改变它们的物理形状或性质。

“在这种情况下，我们的材料有'记住'的形状，”马说。“如果将其弯曲变形，材料在加热后将恢复原状。”

虽然在该区域进行了其他工作，但先前测试的材料在加热到一个特定温度后恢复到记忆的形状。该团队的工作现在可以使同一件的不同部件在不同温度下返回。这提供了创建可以在不同温度下呈现多种不同形状的设备的能力。

由于3D打印过程中使用的各种加工参数所产生的特性，该团队还通过超越简单的材料形状(如电线)扩展到更复杂的形状，从而扩展了以前的工作。作为他们研究的结果，这是第一次具有多种可编程形状的复杂材料成为可能。

“下一步是实际开发形状和功能设计的框架，并从设计规范中确定所需的材料和加工条件，”Arróyave说。“这是一个非常非常困难的问题，需要大量开发新的计算，实验和统计工具，我们让团队实施它。”

“我们组建的团队负责执行这一具有挑战性的问题，包括形状记忆合金，材料加工，增材制造，计算材料和工艺设计方面的专家，”卡拉曼说。“通过控制结构的局部特性和对功能进行分级，我们采用传统的3D打印流程将其转换为'4-D打印'技术。”

由于他们的工作，在航天和航空工业中，卫星太阳能电池板将有可能进行多阶段的展开和展开，而不是简单地开启或关闭。在医疗行业中，植入物可以具有在不同时间或温度下展开或改变形状的装置，以允许更复杂的外科手术插入或放置。在智能锁或开关上，可以进行更多模拟控制，例如音量旋钮而不是单个开或关按钮。

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