Kirigami逆向设计三维曲面

等厚制备复杂曲面

通过预置切口控制弯曲刚度分布，无需厚度变化即可精确组装目标三维结构，大幅简化二维前驱体的制备。

Fuhua, Ye · Jiaying, Chang · Fan, Zhichao

Thin-Walled Structures 2024

技术优势

厚度恒定，制造简化

利用切口图案而非厚度变化来调控弯曲刚度，使二维前驱体保持均匀厚度，避免了微纳尺度下厚度精确控制的难题，大幅简化制造工艺。

已获实验验证

通过一系列仿真和实验对多种三维结构进行了验证，结果与预测良好吻合，证明逆向设计理论有效。

可设计复杂三维结构

基于该逆向设计理论，开发了微针结构的概念设计，展示了Kirigami图案在复杂三维结构逆向设计中的能力，并凸显了生物医学应用潜力。

应用场景

• 复杂三维结构制造：用平面工艺制造等厚薄膜，再力学组装成任意三维形状，替代传统逐层制造或变厚度设计。
• 微针制造：通过逆向设计切口图案，将平面薄膜转化为微针阵列，避免复杂的三维微加工。
• 生物医学器件：提供一种简便方法制造微针等生物医学器件，有望用于无痛给药或生物传感。
• 微纳制造：利用标准微加工技术即可制备带切口图案的薄膜，适合微纳尺度制造和批量生产。