4D printing of mechanically robust PLA/TPU/Fe3O4 magneto-responsive shape memory polymers for smart structures

热塑性聚氨酯 形状记忆聚合物 聚乳酸 材料科学 智能材料 极限抗拉强度 聚合物 形状记忆合金 热塑性塑料 磁场 3D打印 模数 复合材料 弹性体 量子力学 物理
作者
Han Liu,Feifan Wang,Wen‐Yang Wu,Xufeng Dong,Lin Sang
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier]
卷期号:248: 110382-110382 被引量:150
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2022.110382
摘要

The integration of magneto-responsive shape memory polymers (SMPs) into 4D printing provides novel opportunities to create innovative and intelligent products controlled in a contactless method. In this study, a promising SMPs with robustly mechanical property and magneto-responsive behavior were proposed and fabricated into 3D printing feedstock based on polylactic acid (PLA), thermoplastic polyurethane (TPU) and Fe3O4 particles. Results revealed that the 3D-printed PLA/TPU/Fe3O4 possessed robust tensile strength and modulus with a homogeneous distribution of magnetic particles in polymer blends. Also, PLA/TPU/Fe3O4 exhibited excellent shape fix ratio (∼100%), recovery ratio (>91%) and rapid magnetic response within as short as 40 s, suggesting the high efficiency of heat generation by magnetic particles. Moreover, smart structures including honeycomb and bionic flower-like model were designed and printed as an original shape. After programmed by an external force, the folded lattice structure at the temporary shape could recovered completely under a contactless magnetic field. The flower-bud structure sequentially restored layer-by-layer controlled by using three pedals with varied Fe3O4 composites. Consequently, the high-load capacity, fast magneto-responsive behavior and high recovery performance of the proposed multi-material have great potentials in actuator or robots applications via 3D printing.
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