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  能夠精確部署控制并實(shí)現(xiàn)對其性能的按需調(diào)制的主動折紙?jiān)诙鄨鼍昂投嗳蝿?wù)應(yīng)用中是非常理想的。盡管具有形狀記憶復(fù)合材料的4D打印有望實(shí)現(xiàn)這種主動折紙，但它仍然面臨著低承載能力和有限的可轉(zhuǎn)換狀態(tài)等挑戰(zhàn)。

  近期，南方科技大學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能制造學(xué)院助理教授熊異團(tuán)隊(duì)聯(lián)合機(jī)械與能源工程系教授葛锜團(tuán)隊(duì)提出了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料4D打印折紙的精確部署控制策略，用于構(gòu)建能夠按需調(diào)控性能的，適用于多場景和多任務(wù)應(yīng)用的高性能主動折紙。主動折紙是通過專為連續(xù)碳纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料設(shè)計(jì)的基于熔融沉積成型（Fused Deposition Modelling-FDM）的3D打印機(jī)制造的（圖1）。該研究圍繞主動折紙可部署結(jié)構(gòu)，充分挖掘新興的纖維復(fù)合材料增材制造技術(shù)潛能，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙地利用連續(xù)碳纖維高強(qiáng)度、能導(dǎo)電、傳熱好的特性實(shí)現(xiàn)“一石三鳥”，并提出了基于電-熱-機(jī)械多物理場仿真模型指導(dǎo)的智能復(fù)合材料電控驅(qū)動策略，最終獲得一種承載能力強(qiáng)、狀態(tài)可重構(gòu)、時空可調(diào)控、形性可調(diào)制的全新高性能電熱折紙。研究成果豐富了主動折紙?jiān)O(shè)計(jì)-制造-調(diào)控一體化理論與方法，為新型超材料結(jié)構(gòu)、多模態(tài)機(jī)器人、智能可變形飛行器的發(fā)展提供了創(chuàng)新路徑。該工作以 “Electrothermally controlled origami fabricated by 4D printing of continuous fiber-reinforced composites” 為題發(fā)表在《Nature Communications》上（Nat Commun 15, 2322 (2024).）。文章第一作者是南方科技大學(xué)王耀輝博士生，南方科技大學(xué)與香港城市大學(xué)聯(lián)培博士生葉海濤為該文章的共同第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金委員會、深圳市科技創(chuàng)新委員會和廣東省重點(diǎn)人才引進(jìn)計(jì)劃的大力支持。 

圖1 連續(xù)纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物電熱折紙復(fù)合材料的4D打印

圖 2 飛機(jī)形狀電熱折紙有限元分析和實(shí)驗(yàn)的變形行為。

圖3 可重構(gòu)精確控制電熱折紙

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46591-3

  下載：Electrothermally controlled origami fabricated by 4D printing of continuous fiber-reinforced composites