Gli elastomeri a cristalli liquidi (LCE) rappresentano una classe di materiali sintetici morbidi capaci di deformarsi in risposta a variazioni di temperatura, emulando il comportamento dei muscoli umani che si contraggono e rilassano in seguito a stimoli nervosi. L’integrazione di questi materiali nella stampa 3D apre la strada a numerose applicazioni innovative, tra cui la robotica avanzata, la protesica di nuova generazione e tessuti adattivi.
Sfide nella produzione di LCE tramite stampa 3D
Per ottenere una manipolazione precisa delle proprietà degli LCE, è fondamentale estrudere il materiale elastomerico attraverso l’ugello di una stampante 3D. Durante questo processo, la struttura interna del materiale subisce modifiche, con l’allineamento di componenti rigidi noti come mesogeni a livello molecolare. Tradizionalmente, l’ottimizzazione di questo processo richiedeva numerosi esperimenti empirici, rendendo il procedimento complesso e dispendioso in termini di tempo.
Un approccio metodico per l’allineamento molecolare
Un team di ricerca congiunto della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), della Princeton University, del Lawrence Livermore National Laboratory e del Brookhaven National Laboratory ha sviluppato un metodo innovativo per stampare LCE con un allineamento molecolare controllato. Utilizzando tecniche di caratterizzazione a raggi X durante il processo di stampa, i ricercatori sono riusciti a determinare con precisione come i mesogeni si orientano all’interno del materiale durante l’estrusione.
Rodrigo Telles, primo autore dello studio e dottorando presso SEAS, ha sottolineato: “All’inizio di questo progetto, non avevamo una comprensione dettagliata di come controllare l’allineamento dei cristalli liquidi durante la stampa 3D basata sull’estrusione. Tuttavia, è proprio il grado di questo allineamento a determinare l’entità della deformazione del materiale in risposta agli stimoli esterni”.
Implicazioni e applicazioni future
La capacità di controllare l’allineamento molecolare degli LCE durante la stampa 3D apre nuove possibilità nella progettazione di dispositivi e materiali intelligenti. Ad esempio, nella robotica morbida, si potrebbero sviluppare attuatori che replicano in modo più accurato i movimenti naturali, mentre nel campo della protesica, si potrebbero realizzare dispositivi che si adattano dinamicamente alle esigenze dell’utente. Inoltre, tessuti con proprietà adattive potrebbero portare a indumenti che reagiscono alle condizioni ambientali o fisiologiche, offrendo un comfort e una funzionalità senza precedenti.
Questo avanzamento rappresenta un passo significativo verso la realizzazione di materiali stampati in 3D con proprietà programmabili, aprendo la strada a una nuova era di innovazioni nel design e nella funzionalità dei materiali.
