可替代3D打印？剪纸艺术启发新工程技术

新技术能让剪纸式样弯折成多种形状

剪纸雪花、立体弹出式儿童读物、精致的纸质卡片……这些与剪纸工艺相关的精美作品并非手工艺者的独好。《先进材料》杂志当地时间12月22日发文称，受剪纸工艺启发，美国西北大学（NWU）的工程师开发了一种可替代3D打印的精密工程技术。

单词“Kirigami”（剪纸艺术）源自日语词汇“kiru”（切割）和“kami”（纸）。它是一种历史悠久的传统艺术形式——匠人们精心切割纸片，并将其塑造成三维物体。工程师们借鉴剪纸艺术，以软件指导的精确几何方式切割薄膜材料，也同样可以创建复杂结构。

2015年发表的一篇论文显示，受剪纸艺术启发制造的“弹出式”模型具有良好的应用前景。用剪纸技术剪切成的带状结构具有开放性特征，但这类技术构建闭合形状的能力有限。现在，NWU的研究人员将剪纸技术又向前推进了一步。

NWU机械工程学教授Horacio Espinosa说：“我们的团队能够将剪纸技术的设计概念应用到纳米结构中。通过融合纳米制造、原位显微镜技术及计算模型，我们得以展现剪纸结构的丰富形变，并确定了它们在实际应用中的使用条件。”

首先，研究人员用半导体制造工艺创建了二维结构，然后在超薄薄膜上小心地进行“剪纸切割”。由薄膜残余应力引发的结构失稳促成了清晰的三维结构。

研究人员表示，这种剪纸结构可以应用于诸多领域，如细胞夹持器、空间光调制器及机翼控制。此前，工程师用静电效应控制微型夹持器。相比之下，对于基于剪纸技术的新型夹持器而言，工程师们只需调整拉伸量即可精确控制抓力。

通常情况下，剪纸图案能够创造的形状是有限的。通过使用不同的切割方式，Espinosa团队展示了薄膜的弯曲和扭曲效果，从而创造出了更多样化的形状（包括对称形状和不对称形状）。Espinosa团队首次证实，借助剪纸技术，几十纳米厚度的薄膜也能构建三维形状，并且其功能范围更加宽泛。

Espinosa教授表示，随着研究的深入，他的团队计划探索剪纸技术在更大空间范围内的应用，此外，他们还将探索如何嵌入分布式驱动器以控制剪纸结构。经过优化升级，剪纸技术的应用空间将更加广阔。

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编译：德克斯特

审稿：西莫

责编：陈之涵