USC: Ricercatori ispirati a Nature & Nacre per la stampa 3D di componenti resistenti e conduttivi
Ricercatori della University of Southern California approfondiscono l’ispirazione della natura in ” Stampa 3D assistita elettricamente di strutture ispirate alle necre con capacità di auto-sensing “, ispirata dalla forza delle conchiglie nella costruzione di parti 3D “assistite elettricamente”, con l’aiuto di materiali conduttivi . Oggi la struttura della madreperla è popolare come modello perché può svelare il segreto delle prestazioni meccaniche e, come sottolineano i ricercatori, la sua composizione è simile a un’architettura in mattoni e malta. Come spesso richiesto per le parti stampate in 3D di vitale importanza, la struttura in madreperla consente una struttura leggera ma resistente.
“Recentemente, diversi tipi di nanocompositi stratificati ispirati alla nacre sono stati fabbricati con additivi inorganici, tra cui scaglie di vetro, scaglie di allumina, grafene e grafene nanoparticelle”, affermano i ricercatori. “I tradizionali processi di assemblaggio dal basso verso l’alto, tra cui la filtrazione sotto vuoto, il rivestimento a spruzzo, la tempistica del ghiaccio e l’autoassemblaggio, sono stati intensamente studiati per fabbricare strutture ispirate alla madreperla.”
Finora, tuttavia, questi tipi di metodi sono stati dedicati al regno 2D, nella creazione di forme più semplici, e per una ragione principale: è difficile utilizzare tali tecniche per creare oggetti 3D che sono “potenziati” e meccanicamente forti. I ricercatori vedono la stampa 3D come il possibile biglietto per il successo nel superare i precedenti ostacoli alla fabbricazione di strutture complesse che non sono solo ispirate dalla natura ma possono essere imbevute di potenti qualità elettriche e meccaniche.
Nella loro ricerca, il team delinea la loro nuova procedura per la stampa 3D in resina fotopolimerizzabile con nanogranuli di grafene allineati, noti anche come aGN. Le strutture che sono state in grado di stampare in 3D sono promettenti; infatti, sono forti come le normali nano-piastrine di grafene e resistenti come la vera madreperla.
“Un casco intelligente con proprietà protettive e capacità di auto-rilevamento può essere fabbricato utilizzando il processo di Eprinting 3D assistito elettricamente”, affermano gli autori. “L’architettura di mattoni e malta bioispirata migliora la resistenza meccanica e la conduzione elettrica allineando la GN in ogni strato per massimizzare le loro prestazioni con la deflessione delle incrinature sotto carico. Il metodo di stampa 3D assistito elettricamente può costruire una struttura 3D leggera e potente multifunzionale con capacità di auto-rilevamento elettrico. “
In una scoperta alquanto sorprendente, il team di ricerca ha capito che proprio come la vera madreperla può deviare le crepe, così come la versione stampata in 3D. Hanno scoperto che, poiché la dissipazione di energia è migliorata dalle caratteristiche che consentono tale deflessione, si ottiene una maggiore tenacità nelle strutture. La versione fabbricata mostra anche una conduttività migliorata che potrebbe rivelarsi vantaggiosa per una varietà di applicazioni, ma i ricercatori ancora una volta menzionano quanto sarebbe utile nella creazione di armature. Anche le opzioni di personalizzazione sono vaste, compresi i wearable e altre tecnologie intelligenti.
“Questo studio dimostra che l’allineamento di GN crea il ponte e l’interlock, che è essenziale per conferire il danno indotto dallo stress nella struttura stampata in 3D. Il processo di stampa 3D sviluppato elettronicamente è in grado di fabbricare strutture con eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche integrate e forme 3D complesse “, hanno concluso i ricercatori. “Una tale nuova tecnica di fabbricazione potrebbe consentire la progettazione e la fabbricazione di strutture intelligenti che sono leggere ma allo stesso tempo forti per varie potenziali applicazioni nei settori biomedico, aerospaziale, dei trasporti, sportivo e militare”.
Essere in grado di stampare parti leggere e resistenti è un grande vantaggio della stampa 3D, consentendo spesso agli utenti e alle grandi aziende di innovare come mai, semplicemente perché non avevano mai avuto a disposizione prima materiali e tecnologie del genere. Applicazioni come quelle automobilistiche, aerospaziali, mediche, sportive e altro sono tutte interessate.
Mentre il termine più tecnico shell nacre non è uno che tutti possono avere familiarità, di solito è la madreperla
