研究人員創(chuàng)造了三維印刷的張拉整體物體 能夠改變形狀

佐治亞理工學院的一組研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以使用3D打印機來創(chuàng)建能夠顯著擴展的物體，這些物體有朝一日可用于從太空任務到生物醫(yī)學設備的各種應用。

新物體采用張拉整體，一種壓縮浮動桿結構系統(tǒng)和連續(xù)拉伸的電纜。研究人員用形狀記憶聚合物制造了支柱，這些聚合物在加熱時會展開。

佐治亞理工學院土木與環(huán)境工程學院教授Glaucio Paulino說：“Tensegrity結構非常輕，同時也非常強大。” “這就是為什么目前在研究使用張拉整體結構進行外太空探測方面存在大量興趣的原因。目標是找到一種方法來部署一個最初占據(jù)很小空間的大型物體。”

這項研究于6月14日在“ 科學報告 ”雜志上發(fā)表，由國家科學基金會和空軍科學研究辦公室贊助。

研究人員使用3D打印機來創(chuàng)建支柱，這些支柱構成了張拉整體結構的主要組成部分之一。為了使支柱能夠暫時折疊平放，研究人員將它們設計成中空的，帶有一個沿管長度延伸的狹窄開口。每個支柱在每一端都有一個連接點，用于連接彈性電纜網(wǎng)絡，彈性電纜也是用3D打印機制成的。

一旦支柱被加熱到65攝氏度，研究人員就可以將它們部分地壓平并折疊成類似于字母W的形狀。冷卻的結構然后保持臨時形狀。

連接所有電纜后，可以重新加熱物體以啟動轉(zhuǎn)換為張拉整體結構。

“我們相信你可以制造類似天線的東西，這種天線最初被壓縮并占用很小的空間，但是一旦被加熱，就像太陽的熱量一樣，它會完全膨脹，”喬治·W教授Jerry Qi說道。佐治亞理工學院伍德拉夫機械工程學院。

制作可以轉(zhuǎn)變?yōu)閺埨w結構的三維印刷物體的關鍵組成部分是控制膨脹率和順序。所述形狀記憶聚合物使研究人員能夠微調(diào)每個支柱通過在該溫度下發(fā)生膨脹調(diào)節(jié)如何迅速擴大。這使得結構能夠設計成具有順序擴展的支柱。

“對于更大更復雜的結構，如果你不控制這些支柱擴展的順序，它會纏結，你就會亂七八糟，”保利諾說。“通過控制每個支柱膨脹的溫度，我們可以進行分階段部署，避免這種糾纏。”

“張力完整性”一詞來源于“張力完整性”這個詞，這個概念已被用作多年來幾個著名項目的結構基礎，包括澳大利亞布里斯班的一座大型人行天橋和體育場屋頂?shù)?。亞特蘭大的喬治亞圓頂體育場和韓國首爾的奧林匹克體操館。

研究人員設想，新的3-D印刷結構可用于太空探索所需的超輕型結構，甚至是變形軟機器人。

“這些活躍的張拉整體設計在設計上非常優(yōu)雅，并為可展開的三維結構開辟了一系列可能性，”Paulino說。