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【中國智能制造網 技術前沿】日前，美國佐治亞理工學院的科研人員利用張拉整體式結構原理開發了一種用于創建能夠通過控制某些溫度條件來拉伸物體的3D打印技術。該技術可用于太空任務，創建生物醫學裝置和其他應用，甚至是形體變化的軟機器人。
佐治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的研究人員使用3D打印創建能夠擴展到更大尺寸的物體。這些3D打印物體有可能用于從空間任務到生物醫學裝置的應用。
Tensegrity(張拉整體式結構)，一個你在物理學中聽起來像在建筑學中一樣的術語，其實它是一種結構性原理。“張拉整體”概念是美國建筑師富勒(Buckminster Fuller)創造的。這一概念的產生受到了大自然的啟發。富勒認為宇宙的運行是按照張拉原理進行的，即萬有引力是一個平衡的張力網，而各個星球是這個網中的一個個孤立點。按照這個思想張拉整體結構可定義為一組不連續的受壓構件與一套連續的受拉單元組成的自支承、自應力的空間網格結構。這種結構的剛度由受拉和受壓單元之間的平衡預應力提供，在施加預應力之前，結構幾乎沒有剛度，并且初始預應力的大小對結構的外形和結構的剛度起著決定性作用。由于張拉整體結構固有的符合自然規律的特點，在限度地利用了材料和截面的特性，可以用盡量少的鋼材建造超大跨度建筑。
佐治亞理工學院的研究人員團隊利用張拉整體式結構原理開發了一種用于創建能夠通過控制某些溫度條件來拉伸物體的3D打印技術。研究團隊表示這種技術可以用于太空任務，創建生物醫學裝置和其他應用。你甚至可以將該技術稱為4D打印的示例。
“Tensegrity結構非常輕便，而且非常強大” ，格魯吉亞理工學院土木與環境工程學院教授Glaucio Paulino闡述道到：“這也是人們對利用外太空探索的張拉整體式結構研究非常感興趣的原因，旨在找到一種方法來部署初占用很小空間的大型物體”。
研究人員的研究論文已經發表在《Scientific Reports》期刊上，使用3D打印機來創建支柱，構成了tensegrity結構的主要組成部分之一。研究人員將這些支柱設計為具有狹長開口的中空管，該開口可延伸管的長度，使得它們能夠壓平并折疊。每個支柱在每端都有一個連接點，允許它連接到彈性線纜的網狀物上。
當這些3D打印支柱被加熱到65攝氏度時，研究人員可以將部分壓平并折疊成“W”形。當冷卻時，結構物將保持之前的“W”形狀。之后，隨著3D打印線纜的連接，物體可以重新加熱，使其變成張拉整體式結構。
該技術允許潛在的大型3D結構“縮小”，這將為外太空建設以及其他領域實現技術突破。
然而，在開發這種3D打印方法時，研究人員需克服的挑戰。一方面，研究人員必須地控制結構擴張的速度和順序。幸運的是，該團隊可以使用形狀記憶聚合物進行，可以在每個支柱擴展速度方面進行微調。
“對于更大和更復雜的結構，如果你不控制這些支柱擴展的順序，它便會纏繞在一起，從而把物體變得一團糟”，Glaucio Paulino闡述道：“通過控制每個支柱膨脹的溫度，我們可以分階段部署，進而可有效的避免物體的纏繞”。
研究人員認為，3D打印Tensegrity結構可用于構建空間探索所需的輕量級結構，甚至是形體變化的軟機器人。這些活躍的Tensegrity對象在設計上非常優雅，同時為可部署3D結構開辟一系列可能性。
Tensegrity結構的運用例子包括格魯吉亞亞特蘭大的佐治亞圓頂，南韓首爾的奧林匹克體操競技場。
(原標題：科學家開發通過控制溫度拉伸物體的新型3D打印技術)
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