當前，將物品運送到太空涉及許多問題，其中一個問題是一些太大而且太笨重的物品的運輸會占用空間體積從而使得運輸成本昂貴。一種解決方案是使這些物品變小并且能夠折疊成緊湊的包裝，然后一旦到達目的地就可以擴展。在這方面，4D打印或許成為一個有發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案。

雙穩(wěn)態(tài)機制

      瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Kristina Shea教授和博士生田晨最近使用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種水下軟體機器人，他們發(fā)表了一項研究，他們3D打印了一個可自動部署的可編程執(zhí)行器并進行了更改，在溫度變化條件下，這些3D打印材料會發(fā)生形狀改變。

     “使用形狀記憶塑料作為溫度可控能源和雙穩(wěn)態(tài)機制作為線性致動器和力放大器，這些結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了精確的幾何激活和可量化的承載能力，”研究人員解釋說。 “所提出的單元執(zhí)行器集成了這兩個組件，旨在組裝成更大的可展開和形狀可重構(gòu)結(jié)構(gòu)?！?/p>

    通過將每個形狀記憶聚合物定制到不同的激活時間，對3D打印物體進行編程以逐漸改變形狀。物體以平面開始，當被激活時，變成金字塔或雙曲拋物面形狀，展示出多態(tài)結(jié)構(gòu)。兩者都在激活和操作期間顯示出承載能力。

“通過將這種塑料與稱為von Mises桁架的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，我們能夠定義兩種可以精確實現(xiàn)的不同平衡狀態(tài)，”研究人員解釋說。 “Von Mises型雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)以前曾用于主動桅桿，用于能量吸收，最近還用于制造3D打印的可重構(gòu)結(jié)構(gòu)。”

材料科學(xué)與結(jié)構(gòu)科學(xué)的結(jié)合

      通過使用Stratasys Objet3 Connex500多材料3D打印機對這些結(jié)構(gòu)進行3D打印。使用的材料包括FLX9895，是一種形狀記憶聚合物; RGD525，一種耐熱硬質(zhì)塑料，以及Agilus30，一種類似彈性體的材料。然后實驗過程中，通過加熱的水來激活結(jié)構(gòu)變化以模擬減少的重力環(huán)境。

     “單元執(zhí)行器程序的部署包括兩個階段，第一階段是SMS與雙穩(wěn)態(tài)機制的編程和組裝，“研究人員繼續(xù)說道。 “第二個是SMS的有限恢復(fù)，在編程階段，SMS被加熱經(jīng)過并被拉伸或壓縮等于雙穩(wěn)態(tài)機構(gòu)的行程長度的距離。在受限制的情況下，SMS被冷卻并安裝在雙穩(wěn)態(tài)機構(gòu)中（。通過升高單元致動器的溫度來觸發(fā)第二階段。當SMS恢復(fù)時，它會觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)機制并實現(xiàn)部署狀態(tài)。一旦冷卻，這種激活狀態(tài)就像SMS恢復(fù)到玻璃狀態(tài)一樣僵硬。“

     由此我們看到的結(jié)果是一個物體平滑地從平坦狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜形狀，最重要的是，在部署期間和之后都顯示出承載能力，這與許多其他4D打印物體不同。所以該研究有可潛力擴展到許多應(yīng)用，特別是在太空探索領(lǐng)域。