LA COLLABORAZIONE SUTD E NTU PRODUCE UNA STAMPA 4D REVERSIBILE
Un progetto di ricerca collaborativa tra la Singapore University of Technology and Design (SUTD) e la Nanyang Technological University (NTU) ha portato un materiale stampato in 3D a cambiare forma e tornare indietro numerose volte senza alcun input elettrico.
Lo studio è intitolato ” Preliminary Investigation of the Reversible 4D Printing of a Dual-Layer Component ” ed è co-autore di Amelia Yilin Lee, Jia An, Chee Kai Chua e Yi Zhang. È stato pubblicato sulla rivista Engineering a dicembre del 2019.
Quando la forma di un oggetto stampato in 3D cambia nel tempo, viene definita stampa 4D. La stampa 4D reversibile si riferisce alla possibilità di tornare alla forma stampata in 3D originale. I cambiamenti iniziali nella forma sono generalmente causati dal calore o dall’acqua, ma l’inversione richiede spesso un input manuale sotto forma di stiramento o trazione, che può richiedere molto tempo e fatica.
I ricercatori hanno prestato particolare attenzione alla stampa 4D reversibile automatizzata, con l’idrogel che è lo stimolo principale utilizzato per ottenere la reversibilità senza intervento umano. L’idrogel è privo di resistenza meccanica, tuttavia è limitato nelle sue applicazioni. Ulteriore lavoro ha utilizzato vari strati di materiale in alternativa all’idrogel, ma la procedura è stata solo resa più noiosa.
Il lavoro di SUTD e NTU affronta queste sfide abilitando la stampa 4D reversibile senza la necessità di idrogel o input umano.
La ricerca ha utilizzato i materiali VeroWhitePlus e TangoBlackPlus, che sono prontamente disponibili e compatibili con il processo 3D poligonale. Il team ha innanzitutto dimostrato che questi materiali sono stati in grado di mantenere una notevole resistenza meccanica durante e dopo aver cambiato forma.
Il processo prevedeva gonfiore dell’elastomero con etanolo per sostituire la funzione di gonfiore dell’idrogel. Questo per indurre lo stress sul materiale di transizione. Quando riscaldato, il materiale di transizione ha cambiato la sua forma nella sua seconda forma. Quando l’etanolo è evaporato e l’elastomero era asciutto, un riscaldamento secondario del materiale di transizione lo ha riportato alla sua forma originale, mentre l’elastomero ha tirato indietro il materiale di transizione a causa dell’energia elastica immagazzinata in esso dopo l’essiccazione. L’elastomero ha svolto una doppia funzione nel lavoro, poiché è stato utilizzato sia per indurre stress nella fase di programmazione sia per immagazzinare energia elastica nel materiale durante l’inversione.
Lo studio ha anche concluso che l’inversione era più precisa quando si utilizza il presente metodo, rispetto alla forzatura manuale dell’oggetto a ritornare. La stampa 4D reversibile è nelle sue fasi iniziali, ma il progetto collaborativo ha fornito una visione approfondita dei meccanismi alla base della stampa 4D reversibile automatizzata. Il team spera di continuare a provare la tecnica con nuovi materiali.
“Sebbene la stampa 4D reversibile sia di per sé un grande progresso, essere in grado di utilizzare un materiale più robusto garantendo al contempo una inversione più precisa durante il cambio di forma è rivoluzionario in quanto ci consente di produrre strutture complesse che non possono essere facilmente raggiunte con la fabbricazione convenzionale. Facendo affidamento sulle condizioni ambientali anziché sull’elettricità, lo rende un punto di svolta in vari settori, cambiando completamente il modo in cui progettiamo, creiamo, confezioniamo e spediamo prodotti “, ha affermato la professoressa Chua Chee Kai, capo ricercatrice e responsabile dello sviluppo dei prodotti di ingegneria in SUTD .
La stampa 4D, incorporando la dimensione successiva, è naturalmente il passo successivo rispetto alla stampa 3D. Affinché la stampa 4D corrisponda alla raffinatezza dell’attuale tecnologia di stampa 3D, tuttavia, i ricercatori devono affinare la capacità di creare superfici lisce e complesse in un determinato periodo di tempo. Gli scienziati dell’Università di Harvard hanno precedentemente sperimentato superfici lisce e complesse con strutture di stampa 4D che, quando collocate in acqua salata, assumono la forma di un volto umano . Altrove, alla Rutgers University , i ricercatori hanno creato microneedle bioispirabili e programmabili che migliorano l’adesione dei tessuti usando la micro-stereolitografia a proiezione.
