Emerging within the field of advanced additive manufacturing, 4D printing of thermal-responsive systems introduces dynamic transformations to printed products when subjected to thermal stimuli. However, these systems exhibit comparatively sluggish actuation speeds due to the gradual nature of thermal variations. This study addresses this limitation by introducing an approach centred on a sequential stimulus mechanism. By integrating an electro-active mechanism fueled by thermoelectric energy harnessed from the Seebeck effect, the proposed system holds the potential to substantially enhance actuation speed within thermal-responsive domains to 2 sec with actuators of 1mm cross-section. To validate this concept, a custom ink-jet printing setup with distinct nozzles was constructed, and initial ink rheology testing and simulations were conducted. The minimum pressure needed to achieve the shear-thinning behaviour required for printing, as well as the time frame in which the ink is printable, were also defined. The research also focuses on presenting the working principles and establishing configurations and precautions needed when direct ink printing shear-thinning inks such as the printing bed material. It also proposes preliminary work for the automatization of the printing process, especially concerning pressure control.
선진적인 부가 제조 분야에서 떠오르는 열 반응성 시스템의 4D 프린팅은 열 자극을 받을 때 인쇄된 제품에 동적 변화를 가져옵니다. 그러나 이러한 시스템들은 열 변화의 점진적인 성격으로 인해 상대적으로 느린 작동 속도를 나타냅니다. 본 연구는 순차적 자극 메커니즘을 중심으로 한 접근 방식을 도입함으로써 이 한계를 해결합니다. Seebeck 효과로부터 얻은 열전 기능을 이용한 전기 활성 메커니즘을 통합함으로써, 제안된 시스템은 열 반응성 도메인에서 1mm 단면의 구동기로 2초의 작동 속도를 현저히 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 개념을 검증하기 위해 특별한 노즐을 갖춘 사용자 지정 잉크젯 인쇄 설정이 구축되었으며, 초기 잉크 레올로지 테스트 및 시뮬레이션이 진행되었습니다. 또한 인쇄에 필요한 저전도 잉크의 시간적 무효화 시간과 압력 특성을 실험적으로 설정하였습니다. 이 연구는 또한 저전도 잉크의 직접적인 인쇄시 필요한 작동 원리와 구성 요소, 특히 인쇄 베드 재료와 같은 설정 및 주의 사항을 제시하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 또한 인쇄 과정을 자동화하기 위한 초안적인 작업을 제안하며, 특히 압력 제어에 관한 부분을 다루고 있습니다.
