La Stampa 4D di complesse strutture auto-pieghevoli create stampando in 3d polimeri a memoria di forma
Strutture pieghevoli che si svolgono sono onnipresenti in natura (si pensi alle ali degli insetti, o fai iori che sbocciano, o alle foglie degli alberi) . Ma negli ultimi anni hanno suscitato un crescente interesse per le applicazioni tecniche. Le Tecniche di Origami, ad esempio, sono stati studiateda ingegneri per impieghi nell’esplorazione spaziale, batterie pieghevoli, dispositivi biomedicali e borse da usare anche per lo shopping. Ora, gli scienziati hanno trovato un modo per creare dei polimeri intelligenti a memoria di forma (SMP) stampati in 3D che possono auto-piegarsi in precise forme predeterminate se esposti a calore uniforme. Queste strutture possono essere arrotolate o appiattite per la spedizione, e poi auto-assemblate on-demand per creare strutture spaziali, dispositivi medici, celle solari, robot, airbag e altri strumenti.
Gli SMP sono materiali intelligenti digitali con diversi comportamenti a memoria di forma. Possono percepire cambiamenti ambientali, come il calore, l’umidità, o la luce e reagire di conseguenza, passando da una forma all’altra in una sequenza predeterminata. La tecnologia di stampa 3D permette la stampa di più SMP, ognuno con diverse proprietà dinamiche nei modelli prescritti. Ciò significa che l’intera struttura può essere riscaldato in modo uniforme, ma ogni SMP risponde ad un tasso differente in base alle sue proprietà materiali e ad un preciso orologio interno. Temporizzando attentamente queste modifiche, i ricercatori possono costruire strutture complesse senza rischi di collisioni tra i componenti durante la piegatura e i processi di spiegamento.
“Abbiamo sfruttato la possibilità di polimeri intelligenti e della stampa 3D per integrare con precisione fino a dieci diversi materiali diversi in una struttura 3D,” ha dichiarato il professor Martin L. Dunn.
Per evidenziare questo approccio pionieristico, la squadra ha dimostrato un meccanismo che può essere commutato da una striscia piana in una configurazione bloccata come un’estremità stessa attraverso un buco della serratura. Hanno anche mostrato come un foglio piano possa piegarsi in una scatola ad incastro.
Le applicazioni reali per questa tecnologia sono molto dall’ambito aerospaziale alle infrastrutture di trasporto. Ad esempio, un velivolo senza pilota progettato per una missione di crociera potrebbe auto-assemblarsi in remoto. Inoltre, i componenti piani o arrotolati potrebbero facilmente essere conservati in un camion di spedizione, e implementati nelle loro strutture 3D solo al momento dell’arrivo.
Secondo i ricercatori, con i dispositivi di auto-piegatura,gli investimenti in infrastrutture costose come i bracci robotici in grado di automatizzare la piegatura non sono richiesti. Inoltre, gli SMP possono essere sintonizzati chimicamente per ottenere biocompatibilità e biodegradabilità, e possono quindi essere utilizzati in applicazioni biomediche e aerospaziali. Il professor Dun ha detto che c’è anche la possibilità di estendere questo concetto e abilitare la stampa 3D SMP con proprietà meccaniche dinamiche che variano continuamente nello spazio 3D.
La ricerca è stata condotta da scienziati del Georgia Institute of Technology e l’Università di Singapore di Tecnologia e Design (sutd) ed è stato segnalato sulla rivista Scientific Reports. E ‘stato finanziata dallo US Air Force Office of scientific research, dallala US National Science Foundation e dalla Singapore National Research Foundation. Oltre a Dunn e Qui, il team comprendevaanche il coautore Yiqi Mao e tre collaboratori della Georgia Tech: Kai Yu, Michael Isakob e Jiangtao Wu.