Polimeri a memoria di forma stampata 4D con prestazioni e riciclabilità migliori
Gli autori Ang Li, Adithya Challapalli e Guoqiang Li esplorano una tendenza che continua a crescere: la stampa 4D. I loro risultati sono spiegati nella recente pubblicazione ” Stampa 4D di architetture leggere riciclabili che utilizzano polimeri con memoria a forma di stress ad alto recupero “. Qui vengono esplorati i vantaggi di materiali intelligenti che possono adattarsi al loro ambiente mentre i ricercatori considerano le sfide dell’autoguarigione con la stampa 3D microlattici di polimeri a memoria di forma (SMP) e andare avanti per sviluppare il proprio polimero termoindurente con le seguenti caratteristiche:
Molta forza
Alto stress di recupero
Perfetto recupero della forma
Buona riciclabilità
Stampabilità 3D con DLP
La capacità di creare strutture leggere è uno dei maggiori vantaggi della stampa 3D, ma gli utenti sono continuamente alla ricerca di modi migliori per avere tutto, comprese buone proprietà meccaniche. Ciò è particolarmente importante nelle applicazioni di ingegneria avanzata in cui sono richieste capacità come le seguenti:
I polimeri a memoria di forma stampata in 3D tendono a offrire un potenziale migliore, offrendo una maggiore velocità di produzione, un minor consumo di energia da produrre e meno post-elaborazione. Anche l’effetto della memoria di forma è generalmente migliorato, in quello che è in definitiva il processo di stampa 4D, che produce “funzioni auto-evolutive che rispondono agli stimoli” che offrono prestazioni migliori per parti e strutture portanti. Prima di questo studio, tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che mancava una risorsa per gli SMP con un’alta produzione di stress. Creare un SMP ad alte prestazioni significava passare ai termoindurenti e ai metodi DLP o SLA.
Il team di ricerca ha creato una resina 3D-RSMP specializzata per la stampa universale DLP 3D, offrendo proprietà meccaniche che ritengono buone come alcune delle “migliori resine DLP commerciali senza multifunzionalità”, con memoria di forma superiore e migliori qualità di autorigenerazione. Le strutture 3D sono state progettate in SolidWorks e quindi stampate in 3D su Asiga Pico 2 , con resina 3D-RSMP con spessore dello strato di 0,15 mm. I campioni sono stati anche testati per il riciclaggio, frantumati e rotti, e poi macinati tramite la fresatura di sfere. Successivamente, i ricercatori hanno aggiunto le particelle a uno stampo in acciaio, con una pressione applicata a 200 ° C o 150 ° C per 2 ore.
Il prodotto 3D-RSMP sembra finora l’unico SMP che può essere sia stampato che riciclato in 3D, con uno stress di recupero superiore a 10 MPa. In termini di applicazione, i ricercatori hanno anche scoperto che i loro microlattici cubici avevano la massima resistenza meccanica “con una resistenza a compressione specifica comparabile o persino superiore rispetto ai microlattici metallici e ai microlattici ceramici senza effetto memoria di forma”.
“I risultati mostrano che la microlattice cubica ha una resistenza meccanica paragonabile o addirittura superiore a quella dei microlattici metallici, buone PMI, discrete sollecitazioni di recupero e riciclabilità, rendendola la prima architettura multifunzionale leggera (MLA) per potenziali carichi leggeri multifunzionali che trasportano applicazioni strutturali “, Hanno concluso i ricercatori.
“I lavori futuri si concentreranno sul miglioramento dell’efficienza di riciclaggio del 3D-RSMP e del microlattice e sull’ulteriore ottimizzazione della geometria attraverso l’ottimizzazione topologica o la biomimetica al fine di ottenere microlattici con maggiore resistenza meccanica e effetto memoria di forma per applicazioni strutturali e ingegneristiche avanzate. ”
Mentre la stampa 3D è una fonte di fascino in tutto il mondo, tuttavia, la stampa 4D porta la fabbricazione ad un altro livello magico poiché i ricercatori producono innovazioni come metamateriali sintonizzabili , multi-metalli e processi per altre applicazioni industriali .
Schema di microlattici di memoria riciclabili e di forma mediante 3D-RSMP. (a) Stampa 3D (stampa a luce diretta (DLP) di strutture di microlattice multifunzionali avanzate utilizzando il 3D-RSMP. (b) Programmazione della compressione del microlattice stampato in una forma temporanea e recupero nella forma originale. (c) Riciclaggio della palla microlattici macinati multifunzionali ad alta pressione e alta temperatura. (d) Il campione rimodellato per prove meccaniche. Riciclaggio dei microlattici frantumati. (a) Viene descritto un processo di riciclaggio: i microlattici a memoria di forma spezzata e guasta sono stati frantumati in polveri mediante macinazione a sfere; uno stampo in acciaio è stato utilizzato per il riciclaggio di polveri macinate di strutture di microlattice stampate in 3D in condizioni variabili. È stato eseguito un test meccanico sul campione rettangolare rimodellato costituito dalle polveri macinate. (b) sollecitazioni di trazione tipiche rispetto alle curve di deformazione dei campioni rettificati rimodellati ottenuti in condizioni variabili ((200C12M2H rappresenta lo stampaggio a 200 ° C e una pressione di 12 MPa per 2 ore; 150C12M2H rappresenta lo stampaggio a 150 ° C e una pressione di 12 MPa per 2 ore; e 150C9M2H rappresenta lo stampaggio a 150 ° C e una pressione di 9 MPa per 2 ore) con una velocità di carico = 0,5 mm / min a temperatura ambiente. 
Proprietà meccaniche di vari microlattici al momento della compressione. (a) Resistenza a compressione rispetto a diagrammi di densità apparente di vari microlattici e schiume. (b) Modulo di compressione vs. grafici di densità apparente dei tre microlattici in questo studio. 
Le geometrie delle celle delle unità ad albero sono state disegnate in Solidworks e quindi assemblate alle corrispondenti strutture microlattiche. (Riga 1: celle unitarie, da sinistra a destra: cellula unitaria dell’ottetto (OCT UC); cellula unitaria Kelvin (KVNUC); cellula unitaria cubica (CBC UC), riga 2: strutture microlattice stampate in 3D, da sinistra a destra: microlattice dell’ottetto struttura (OCT LTC), struttura in microlattice Kelvin (KVN LTC) e struttura in microlattice cubica (CBC LTC); riga 3: microlattici su scala multi-lunghezza, da sinistra a destra: capriata di ottetto di primo ordine (1O OCT) e capriata di ottetto di secondo ordine (2O PTOM)). (La barra della scala si applica a tutte e cinque le strutture reticolari).