前沿科技之光照使2D模型變3D物體

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發表于 2011-11-15 13:31:58 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

北卡羅來納州立大學（North Carolina State University）的研究人員已開發出一種簡單的方式，可把二維模型轉換成三維物體，只需使用光。

二維平面塑料片，在紅外光照射下，黑線會收縮，形成轉軸，使材料折疊起來。這項新技術可用于創造各種物體，如立方體或金字塔，不需要在物理上接觸這種材料。

“這是現有材料的新應用，有望用于快速、大批量制造工藝或包裝應用，”邁克爾•迪基（Michael Dickey）博士說，他是北卡羅來納州大學化學和生物分子工程助理教授，聯合撰寫了一篇論文，介紹這項研究。
這個過程是非常簡單的。研究人員采用預制塑料片，使它經過傳統的噴墨打印機，在材料上打印出粗體黑線。這種材料隨后被切成所需的模式，放在紅外光，如加熱燈下。
這種粗體黑線會吸收更多的能量，超過材料其余部分，導致塑料收縮，形成一個轉軸，把塑料片折疊成三維形狀。這種技術可用于創造各種物體，如立方體或金字塔，不需要在物理上接觸這些材料。這一技術可兼容商業印刷技術，如絲網印刷（screen printing），卷到卷印刷和噴墨印刷，這些技術都價格低廉，產量高，但實質上是2維的。
改變黑線或轉軸的寬度，研究人員就可改變每個轉軸的折疊程度。例如，他們可以創造一個轉軸，折疊90度，形成立方體，或創造轉軸，折疊120度，形成金字塔。轉軸越寬，折疊幅度越大。更寬的轉軸折疊也更快，因為有更多的表面積吸收能量。
“你也可以設計這些線條，印在材料的任一側，”迪基說，“這會使轉軸朝不同的方向折疊。就可以創造更復雜的結構。”
研究人員開發出一種計算機模型，來解釋這一過程如何起作用。有兩個關鍵的發現。首先，轉軸的表面溫度必須超過這種材料的玻璃轉化溫度，就是在這一點，這種材料開始軟化。其次，熱量必須集中到轉軸上，以快速有效地折疊。如果所有材料都被加熱到玻璃轉換溫度，就不會出現折疊。
“這一發現的起始工作，就是我們過去所做的形狀記憶聚合物，這部分是為了滿足自己的好奇心。事實證明，它的效果出乎意料的好，”迪基說。
論文《自折疊聚合物片采用局部光吸收》（Self-folding of polymer sheets using local light absorption），11月10日發表在《軟物質》（Soft Matter）雜志上，聯合作者有迪基，北卡羅來納州立大學化學和生物分子工程教授簡安•君澤（Jan Genzer），北卡羅來納州立大學博士生劉穎（Ying Liu）和北卡羅來納州立大學本科生朱莉•寶萊斯（Julie Boyles）。這項工作的部分支持來自美國能源部。

模型