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靠印刷实现自折叠蜂巢结构打开低耗能生产新时代

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  折纸工艺将平面材料折叠,制作出复杂的3D形态。如今,折纸工艺已经超越了其最初的艺术和仪式根源,开始在工程学领域大放异彩。由于其成本低廉、制作过程简单,基于折纸工艺的结构和材料已经在生物医学、包装材料、宇宙飞船和农业等多个领域实现了应用。

  作为一种低成本、易于批量生产和配置的包装选择,自折叠折纸结构在保护易碎商品的方法,如农产品或电子设备方面有着广泛的应用前景 参考文献[3]

  在实际应用情景中,如何能够最方便经济地将纸张叠成目标状态一直是个棘手的难题。折叠非常大或非常小的结构可能会变得极有挑战,因此,科学家们一直在积极尝试新方法来制造符合应用场景的自折叠折纸结构。

  在最近的一项研究中,来自日本芝浦理工学院(SIT)的研究团队展示了一种颇具潜力的方法,能够轻松地制造出自折叠蜂巢结构(SHSs,self-folding origami honeycomb structures),结果发表在《材料与设计》(Materials & Design)杂志上。蜂窝状结构制品由于重量小、孔隙多、隔热和减震效果好等一系列特性,是非常好的保护材料。以此为目标,该团队开发出一种低成本生产SHSs的方法,只需要一把切纸刀和一台标准喷墨打印机即可。

  使用该新方法生产SHSs的关键在于利用纸张和印墨之间发生的物理化学作用。在实操过程中,研究人员会首先在一张平面纸上剪出一个矩形网格,然后用喷墨打印机将印墨涂在精心设计的图案上,而后蜂窝状结构就会在几分钟内自行折叠。

  该团队专注于分析切割和印刷模式过程中,各种参数对最终产品的结构和机械性能的影响。在找到一组最佳参数后,他们还测试了另外两种能够进一步提高SHSs机械性能的方法。

  第一种方法是将多层蜂窝状结构叠加在一起,能大大提高最终结构的缓冲性能,而其高度的变化则几乎可以忽略不计。第二种是预拉伸蜂窝状结构,在使用之前先施加一次高强度压缩,通过这种方式“侵入”全新SHSs材料后,可以消除可能在首次压缩材料时破坏保护对象的压缩力峰值。这一技术可以为不同类型和不同收获期的水果和蔬菜定制专用缓冲材料,或作为核心材料用于生产头盔和缓冲垫等疏散逃生设备。

  除此之外,SHSs的另一个显著优势是它们完全由纸制成,占地空间小、处理速度快、成本低。值得注意的是,SHSs应该被归类于绿色技术范畴,因为其由无毒材料,整个生产耗能也很低。研究人员们表示,SHSs能够保护脆弱的设备部件和果蔬类物品,进而降低bob足球体育了损失,有助于实现可持续发展目标。

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  原标题:《靠印刷实现自折叠蜂巢结构,打开保护材料绿色无毒、低耗能生产新时代》

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