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美科学家借助光线在2D模式下创造3D物体

创建各种形状的物体
据报道,最近,美国北卡罗来纳州立大学的一个研究小组开发出一种简单的方法,仅仅使用光线就可以把二维(2D)模式转换成三维(3D)物体。
关于此项研究成果的研究报告题为:《通过吸收光使聚合物薄片自动折叠》(Self-folding of polymer sheets using local light absorption)。此项研究报告的合著者、北卡罗来纳州立大学的化学和生物分子工程学院的助理教授迈克尔·迪基博士(Dr. Michael Dickey)说:“这是对现有材料的一个新的应用,并具有在快速、大批量制造工艺或包装方面的应用潜力。”
其实这个过程非常简单。研究人员首先拿着一张预应力(pre-stressed )塑料薄片,把它放在传统的喷墨打印机上,在塑料薄片上打印出了粗体的黑线。然后放在热灯发出的红外光下,这张塑料薄片上的粗体黑线比其它地方吸收更多的光能量,使塑料收缩,形成绞链(用来连接两个固体,并允许两者之间做转动的机械装置),从而使塑料薄片自动折叠成三维模型。研究人员称,这种技术可用于创建各种形状的物体,比如立方体或金字塔,而不需要直接接触材料。该技术还可与商业印刷技术合用,如丝网印刷、卷对卷印刷和喷墨印刷,不但廉价而且效率高,但本质上是2-D模式。
研究人员通过设置黑线(或铰链)的宽度,改变每个铰链的折叠角度。例如,他们可以创建一个铰链折叠成90度的一个立方体,或一个铰链折叠成120度的一个金字塔。铰链越宽,可折叠的角度越大,折叠得越快,因为有更多的表面积来吸收光能量。迪基说:“你也可以在材料的两面打印黑线,这样形成的铰链可在不同的方向折叠,这使您可以创建更复杂的结构。”
研究人员对此还开发出一种计算机软件模型,解释该技术的原理和工作流程,获得了两个重要的发现:首先,铰链的表面温度必须比该材料的玻璃化转变温度(开始软化点)高;其次,热量必须集中在铰链部分,以快速和有效地折叠。如果该材料的所有部分都被加热到玻璃化转变温度,就不可能折叠。迪基说:“事实证明,它的工作原理也是出乎意料的好。”

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