Ricercatori di Berkeley che studiano i progressi e le sfide nella stampa 4D
Mentre la stampa 3D consente a molti utenti di creare geometrie complesse prima possibile, la stampa 4D fa questo e altro con materiali e trame che rispondono al loro ambiente e quindi tornano alla loro forma originale se esposti ad altre caratteristiche come la temperatura. Zhizhou Zhang, Kahramen G. Demir e Grace X. Gu (tutti della University of California, Berkeley) esplorano la stampa 4D e tutti i dettagli circostanti in ” Sviluppi nella stampa 4D: una rassegna su materiali, tecnologie e applicazioni intelligenti attuali . ‘
Come sottolineano gli autori, la stampa 4D ha continuato a progredire con ulteriori invenzioni di tecnica e materiali. Questo dà ancora più potenziale in applicazioni come strutture auto-costruttive, dispositivi medici e robotica morbida, anche se ci sono ancora ostacoli. La stampa 3D FDM e SLA è più comunemente utilizzata per la creazione di oggetti 4D realizzati con metamateriali che possono essere flessibili o ammortizzanti secondo necessità, utili anche per prodotti come sollevatori, microtubi, robotica e giocattoli.
“Per ottenere un cambiamento di forma direzionale (al contrario di un rigonfiamento uniforme e banale), la struttura a 4D sarà costituita da anisotropia materiale”, affermano i ricercatori. “Ciò richiede la stampa congruente di una combinazione di più materiali.”
Attualmente, le classi di materiali utilizzate nella stampa 4D sono:
Termo-reattiva
Umidità-reattiva
Photo-reattiva
Electro-reattiva
Magneto-reattiva
Le strutture di autocostruzione sono una delle aree più promettenti della stampa 4D, con elementi come i cubi auto-pieganti che offrono il potenziale per cambiare il mondo del packaging per sempre a causa dell’effetto memoria di forma. Altri dispositivi importanti includono tubi cilindrici autolaminati costruiti con griglie polimeriche intelligenti anche distribuite.
“I materiali intelligenti possono anche essere stampati in una distribuzione a gradiente per consentire ai ricercatori di controllare la curvatura della superficie di una stampa”, affermano gli autori nel loro articolo. “Questa tecnologia può notevolmente risparmiare spazio fabbricando strutture come forme piatte. È anche in grado di realizzare complicate curvature superficiali difficili da produrre con i metodi tradizionali. “
Uno dei principali vantaggi della stampa 4D riguarda il modo in cui può controllare i materiali, con i ricercatori che continuano a fare progressi in questo settore. I materiali stampati 4D sono già utilizzati in campo medico per dispositivi come protesi, impianti, stecche, stent e persino prodotti farmaceutici e somministrazione mirata di farmaci. Mentre il 3D continua ad essere accoppiato con i robot, sia per creare parti per loro sia per creare robot in grado di far funzionare stampanti 3D, portarlo al livello successivo nella robotica morbida con la stampa 4D è logico:
“La robotica tradizionale, dovuta principalmente alla realizzazione di materiali rigidi, presenta dei limiti nell’esecuzione di operazioni organiche e conformi come la presa di una mano umana o il movimento complesso di un tentacolo di polpo. Di conseguenza, è emerso il campo della robotica morbida in cui alcuni materiali morbidi, principalmente tipi speciali di elastomeri, sono utilizzati come interfaccia di interazione tra i robot e il loro ambiente “, affermano i ricercatori. “Questi materiali morbidi consentono una delicata interazione con oggetti fragili e, rispetto alla robotica tradizionale, consentono una migliore tolleranza verso le forze dannose”.
Oggetti stampati con geometrie complesse e senza necessità di strutture di supporto o procedure di post-elaborazione eccessive sono resi possibili con alcune tecniche di stampa a getto di inchiostro, consentendo anche la creazione di attuatori durevoli.
Le sfide attuali nella stampa 4D sono notevoli, tra cui la maggior parte dell’hardware e dei materiali, le restrizioni nelle proprietà meccaniche, “l’attuazione lenta e inaccurata” e il controllo insufficiente delle varie fasi di deformazione.
“I progressi nei materiali intelligenti stampabili, nei modelli matematici e nelle tecnologie di stampa consentiranno alla stampa 4D di migliorare ulteriormente i trattamenti chirurgici, la distribuzione mirata dei farmaci, la robotica morbida e altri campi impensati in ingegneria”, concludono i ricercatori.
Il regno 4D continua ad espandersi e ad affascinare gli utenti di tutto il mondo, con innovazioni che non si limitano a formare gli ambienti, ma forniscono agli utenti e all’industria esattamente ciò di cui hanno bisogno in una vasta gamma di applicazioni, sia per scopi artistici , strutture microfluidiche o posti a sedere per il lusso veicoli.
