Influence of fused deposition modeling process parameters on the transformation of 4D printed morphing structures

变形 熔融沉积模型 3D打印 机械工程 材料科学 铰链 过程(计算) 计算机科学 工程制图 结构工程 工程类 计算机图形学(图像) 操作系统
作者
Lukas Kačergis,Rytis Mitkus,Michael Sinapius
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:28 (10): 105042-105042 被引量:58
标识
DOI:10.1088/1361-665x/ab3d18
摘要

Abstract 4D printing combines additive layer manufacturing processes with smart materials to create structures that are able to change shape or properties over time under the influence of environmental stimuli. The article presents 3D printed multi-material shape-variable structures imitating a hinge. Fused deposition modelling was used because it provides the ability to pre-program structures during the printing process by varying printing parameters. The structures are printed with PLA and TPU and remain flat after printing until they are exposed to a stimulus - heat. The main objective of this article is to present the possibilities of the aforementioned pre-programming step which can be adapted by varying the printing process and design parameters of the printed part. Experimental results are presented investigating the influence of printing speed, temperature of the build plate and number of active layers in the structure. Furthermore, the repeatability of deformations after a small number of cycles is investigated. The obtained results prove that the deformation of the structures can be controlled by printing parameters and a variety of bending degrees can be obtained by manipulating them. Hot water is used as a stimulus in the study to activate the structures but it is believed that other direct and indirect heating sources are also applicable. The research could help predict the behaviour of deformation of shape-morphing structures by selecting certain printing and design parameter values.

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