Stampa 3D e 4D DLP con materiali con classificazione funzionale
Nella ” Stampa 3D in scala di grigi per la stampa 3D di materiali con alte prestazioni funzionali “, i ricercatori cinesi hanno chiarito che la stampa 3D ha una lunga strada da percorrere per produrre l’eccellenza nelle parti senza ingenti investimenti e ingegneria. Guardando alle strutture biologiche, gli autori suggeriscono che i materiali con classificazione funzionale (FGM) possono migliorare le proprietà meccaniche degli oggetti stampati in 3D. Nel valutare gli studi precedenti, hanno anche optato per la stampa 3D DLP come il metodo più promettente, in particolare per la creazione di parti multi-materiale.
In questo studio, i ricercatori spiegano come hanno creato un nuovo inchiostro da stampa 3D, utilizzato nella stampa in scala di grigi con DLP a scala di grigi a singola vasca (g-DLP). L’inchiostro è destinato a fungere da materiale per la fabbricazione di gradienti di proprietà altamente sintonizzabili. Curato con modelli di luce in scala di grigi che formano la struttura stampata in 3D, l’oggetto viene polimerizzato una seconda volta per “eliminare la maggior parte dei monomeri residui” e migliorare le proprietà meccaniche. Alla fine, i ricercatori hanno scoperto che si potevano realizzare “gradienti funzionali ampiamente adattati”, in quanto creavano strutture a reticolo e diversi metamateriali.
È stato creato un inchiostro ibrido e i ricercatori hanno utilizzato un meccanismo di polimerizzazione a due stadi per rifinire le parti, con monomeri GMA e cross-linker diammine responsabili del processo di polimerizzazione termica. Hanno esaminato l’impatto della scala di grigi sulla fotopolimerizzazione dell’inchiostro. Guardando indietro ai precedenti processi, il gruppo di ricerca ha realizzato che i sistemi di polimerizzazione a due stadi solitamente producevano reti polimeriche uniformi o strutture a separazione di fase. Con il loro nuovo metodo, la rete stava creando con densità sintonizzabile e architettura a catena, senza tossine, il che significa che è sicuro per molte applicazioni diverse.
“Le differenze nell’architettura di rete e nella densità di reticolazione dei materiali portano a proprietà meccaniche e termomeccaniche ampiamente sintonizzabili. Per prima cosa abbiamo valutato le proprietà meccaniche dei materiali stampati “, hanno affermato i ricercatori. “I campioni sono stati stampati usando una singola luce in scala di grigi per la polimerizzazione del primo stadio. Con solo la fotocellula del primo stadio, il modulo di Young si estende solo poche volte da 1,5 a 8,1 MPa quando la scala di grigi varia da G80 a G0, il che non è sufficiente per applicazioni più ampie. “
Continuando a mostrare le potenzialità della stampa g-DLP, i ricercatori hanno anche stampato forme geometriche semplici con gradienti, oltre a esplorare ulteriormente i reticoli di stampa 3D e le strutture bioprotette che mostravano alta risoluzione e “aspetto pulito”. Hanno anche scoperto che queste strutture stampate si deformavano adeguatamente per applicazioni come l’assorbimento di energia, al confine con il regno 4D come polimeri a memoria di forma, prevedendo l’uso in applicazioni future come:
Stampa Voxel
Stampa 4D per metamateriali
Pianificazione del modello presurgico
Robotica morbida
Produzione additiva con sicurezza informatica
“Sebbene il nostro approccio offra vantaggi significativi, ci sono ancora diversi problemi che devono essere affrontati per le sue ampie applicazioni. In primo luogo, dovrebbe essere determinata la risoluzione effettiva delle proprietà per il g-DLP. Oltre al dispositivo stesso, la risoluzione voxel per g-DLP nel piano xy e nell’asse z può essere influenzata sia dalla resina che dai parametri di stampa. Inoltre, il valore della scala di grigi del pixel avrebbe anche un’influenza sulla risoluzione del voxel. In secondo luogo, la relazione tra la condizione di polimerizzazione, le strutture molecolari e le proprietà meccaniche dei campioni polimerizzati in scala di grigi deve essere ulteriormente compresa “, hanno concluso gli autori. “I test meccanici su scala nanometrica e gli approcci di modellazione fornirebbero un percorso attraente a tal fine, che è parte del lavoro in corso.
“Infine, quando si utilizza la scala di grigi, i polimeri vengono polimerizzati a diversi gradi, il che si traduce in una leggera differenza nelle dimensioni stampate. Tuttavia, questo può essere risolto dal software. Ad esempio, l’area di proiezione con scala di grigi più grande può essere regolata più grande per compensare la differenza. “
