當(dāng)前，將物品運(yùn)送到太空涉及許多問題，其中一個(gè)問題是一些太大而且太笨重的物品的運(yùn)輸會(huì)占用空間體積從而使得運(yùn)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(dá)目的地就可以擴(kuò)展。在這方面，4D打印或許成為一個(gè)有發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q方案。

雙穩(wěn)態(tài)機(jī)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(jī)器人，他們發(fā)表了一項(xiàng)研究，他們3D打印了一個(gè)可自動(dòng)部署的可編程執(zhí)行器并進(jìn)行了更改，在溫度變化條件下，這些3D打印材料會(huì)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(jī)制作為線性致動(dòng)器和力放大器，這些結(jié)構(gòu)實(shí)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(gè)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(gè)形狀記憶聚合物定制到不同的激活時(shí)間，對3D打印物體進(jìn)行編程以逐漸改變形狀。物體以平面開始，當(dāng)被激活時(shí)，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(shí)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(dòng)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)?！?/p>

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(jī)對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(gè)階段，第一階段是SMS與雙穩(wěn)態(tài)機(jī)制的編程和組裝，“研究人員繼續(xù)說道。 “第二個(gè)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(jī)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(jī)構(gòu)中（。通過升高單元致動(dòng)器的溫度來觸發(fā)第二階段。當(dāng)SMS恢復(fù)時(shí)，它會(huì)觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)機(jī)制并實(shí)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?！?/p>

     由此我們看到的結(jié)果是一個(gè)物體平滑地從平坦?fàn)顟B(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(kuò)展到許多應(yīng)用，特別是在太空探索領(lǐng)域。