PowerPoint，投影仪创建自折叠折纸

文章作者:EDN Asia万博官方app

佐治亚州理工学院和北京大学研究员的一支研究人员开发了一种生产自折叠折纸的简单技术。

利用无处不在的幻灯片和LED投影仪，研究人员将一层薄薄的液体丙烯酸酯聚合物投射到一个平板或两个玻片之间的浅灰色图案上。混合在聚合物中的光引发剂材料被普通LED投影仪发出的光照射时，会引发交联反应，从而形成固体薄膜。聚合物中的一种吸光染料可以作为光的调节器。由于在光固化过程中聚合物网络的演化和体积收缩之间的复杂相互作用，聚合物接收较少光的区域表现出更明显的弯曲行为，研究人员在他们发表在杂志上的报告中说科学推进．

当新生成的聚合物薄膜从液体聚合物中移除时，由差收缩在薄膜中产生的应力导致折叠开始。为了制作最复杂的折纸结构，研究人员将光线照射到结构的两面。

到目前为止产生的折纸结构包括微小的桌子，胶囊，花，鸟类和传统的miura-ori折叠 - 所有约为半英寸的尺寸。折纸结构可以具有软机器，微电子，软致动器，机械超材料和生物医学装置的应用。

图1:一个通过自我折叠过程创建的微小折纸结构显示在四分之一的大小比较。(来源:Rob Felt, Georgia Tech)

“我们方法的基本思想是利用光聚合过程中的体积收缩现象，”乔治亚理工学院伍德拉夫机械工程学院的杰里·齐教授说，“在一种特定类型的光聚合，即正面光聚合过程中，所述液体树脂在光照射下从侧面向内侧连续固化。这就产生了一个非均匀应力场，驱动薄膜沿光路方向弯曲。”

产生收缩现象的过程被认为是对聚合物的其他用途有害的。

该研究完成时的北京大学教授、论文合著者方代宁表示:“人们总是认为，在制造复合材料和传统3D打印技术中，聚合物的体积收缩是有害的。”“我们的研究表明，换个角度看问题，这种现象会变得非常有用。”

为了使两个方向上弯曲的最复杂的形状，研究人员可以将图案薄膜翻转过来在另一侧创造交联。

“我们已经开发了两种制造工艺，”乔治亚理工学院和北京大学的博士生Zeang Zhao说。“在第一个模型中，你可以将光模式照射到一层液体树脂上，然后你就会得到折纸结构。在第二种情况下，你可能需要翻转这一层，然后点亮第二种图案。第二个过程给了你更大的设计自由。”

光照射在薄膜上5 ~ 10秒，就会产生约200μm厚的薄膜。“接收光线的区域变成固体;图案的其他部分保持液态，这样结构就可以从液态聚合物中去除。”“技术很简单。”

正面光聚合是一种方法，其中聚合物膜在厚的液体树脂层中的一侧连续地固化。在强光衰减的存在下，凝固前沿在照明时在表面上引发并且随着照射时间的增加而朝向液体侧传播。通过控制照明时间和光强度来精确调谐该方法，并且该方法已用于制造微流体装置和合成微粒。

研究人员在演示中使用了聚（乙二醇）二丙烯酸酯，但该技术应采用宽范围的光固化聚合物。在演示中使用橙色染料，但其他染料可以在一系列不同颜色中产生结构。

对于原谅证明，赵先用手创造了一个PowerPoint模式。为了缩放处理，系统可以连接到计算机辅助设计（CAD）工具，用于生成更精确的灰度模式。

QI认为该技术可用于生产大小的三英寸的结构。“自折叠需要相对薄薄的薄膜，在较大的结构中可能是不可能的，”他说。

“我们已经开发出一种简单的方法，将薄的聚合物薄片折叠成复杂的三维折纸结构，”齐补充说。“我们的方法不受特定材料的限制，而且图案非常简单，任何使用PowerPoint和投影仪的人都能做到。”