MIT用3D打印复活40年前专利概念,Y型拉链实现柔性到刚性瞬时切换
麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员,利用3D打印技术,成功复活了一项在20世纪80年代获得专利后被搁置近40年的拉链概念,并制造出了该装置的工作原型。

1985年,当时还是宝丽来公司电气工程师、现任麻省理工学院教授的威廉·弗里曼,在提交设计竞赛的参赛作品时,首次构想出了这种三面拉链。他的提案是一种三角形紧固件,能够在柔软与刚性构型之间切换物体的状态,但该方案被拒绝,原型也被封存,直到CSAIL的研究人员对其在可调刚度结构中的应用产生了兴趣。
研究团队构建了一个自动化设计工具,并3D打印出一种紧固件,将其命名为“Y型拉链”。该软件允许用户指定条带长度、弯曲角度以及四种运动构型之一(直线、弯曲、盘绕或扭曲),然后系统使用塑料丝材自主制造出拉链。这些紧固件可以安装在露营装备、医疗设备、机器人系统和艺术装置上,也可嵌入其中。
“普通拉链非常适合闭合平面物体,比如一件夹克,但弗里曼构思出的是更具动态性的东西。利用当前的制造技术,他的机构可以改造更复杂的物品,”麻省理工学院博士后、CSAIL研究员、该论文第一作者李佳吉(音译)表示,“我们开发了一种工艺,可以制造出能够快速从柔性状态切换为刚性状态的物体,并且你可以相信它们在现实世界中会正常工作。”
研究团队对聚乳酸(PLA)和热塑性聚氨酯(TPU)进行了应力测试,这两种塑料是熔融沉积成型工艺中最常用的材料。PLA展示了更高的载荷承受能力,而TPU则提供了更大的柔韧性。
在另一项耐久性测试中,一个Y型拉链在经历了18000次开合循环后才失效,研究团队将这一结果归因于该装置的弹性结构将应力均匀分布在几何形状上。
李佳吉表示,使用金属等更强材料可以进一步提升设计的耐久性,而在团队当前的3D打印平台上,更大尺度的版本仍难以实现。


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