Corea: deformazione termica anisotropica stampata in 4D
Nella recente stampa ” 4D che utilizza la deformazione termica anisotropa di parti termoplastiche stampate in 3D “, i ricercatori Bona Goo, Chae-Hui Hong, Keun Park, tutti dell’Università della Scienza e della Tecnologia di Seoul, stanno portando la ricerca sulla fabbricazione digitale al livello successivo . Avanzando oltre la stampa 3D, il team di ricerca coreano sperimenta il comportamento alla deformazione in singoli termoplastici.
La maggior parte di noi ha familiarità con le incursioni nella stampa 4D che ruotano attorno a polimeri a memoria di forma per perfezionamenti come prestazioni e riciclabilità , combinazioni con fibra di carbonio continua , altre innovazioni 4D per materiali come attuatori magnetici morbidi e molto altro. Per questo studio, i ricercatori hanno sviluppato un metodo che utilizza una stampante 3D di tipo ME e un filamento termoplastico – senza memoria di forma – utilizzando percorsi di stampa biodirezionale mentre gli strati venivano stampati longitudinalmente e stampati in sequenza.
Percorsi di stampa sono stati programmati per i livelli desiderati di deformazione, usando ABS per stampare i campioni sulla stampante ME 3D, per Cubicon .
Due diverse barre rettangolari sono state stampate come campioni per lo studio:
“In entrambi i casi, otto strati sono stati stampati e laminati con un percorso di stampa coerente, che si chiama laminazione omogenea. Nella laminazione omogenea, si prevede che le due barre stampate abbiano diversi orientamenti del materiale che possono provocare una deformazione termica anisotropa da uno stimolo termico esterno “, hanno affermato i ricercatori.
“La deformazione termica anisotropica è stata quindi utilizzata per realizzare la stampa 4D miscelando i percorsi di stampa trasversale e longitudinale, la cosiddetta laminazione eterogenea. Per la laminazione eterogenea, è stata stampata una barra rettangolare (60 × 6 × 1.6 mm) laminando un numero di strati stampati trasversalmente (nt) e un numero di strati stampati longitudinalmente (nl) consecutivamente. ”
Con uno spessore dello strato impostato su 0,2 mm e un totale di otto strati che formano 1,6 mm, il team di ricerca si aspettava una varietà di deformazioni termiche – tra le aree trasversali e longitudinali.
I campioni sono stati stampati con i seguenti percorsi:
Standard 45 ° e − 45 °
Longitudinale 0 °
Trasversale 90 °
La deformazione è stata confrontata tra i campioni dopo ogni trattamento termico eseguito nello studio. I campioni stampati longitudinalmente hanno dimostrato una deformazione anisotropica ma hanno mostrato una diminuzione della lunghezza e un aumento della larghezza. I ricercatori hanno anche scoperto che i campioni trasversali mostravano esattamente il contrario – causato da varianze nello stress residuo – a seconda della direzione di stampa.
I ricercatori hanno eseguito ulteriori analisi tra cui la simulazione numerica, che ha poi permesso loro di prevedere quale tipo di deformazione si sarebbe verificata nei campioni. Più avanti nello studio, il team di ricerca ha stampato forme a stella e a croce 2D, promuovendo così deformazioni da 2D a 3D.
“Considerando che il metodo proposto utilizza una stampante ME personale e un singolo polimero termoplastico (ABS) senza funzione di memoria della forma, questo metodo presenta vantaggi in termini di utilità e adattabilità rispetto ad altri metodi di stampa 4D che utilizzano materiali a memoria di forma o materiali multipli”, ha concluso i ricercatori. “Il metodo proposto è anche diverso dalla tradizionale stampa 4D in termini di reversibilità. Cioè, le parti stampate subiscono una deformazione termica permanente dopo un adeguato trattamento termico mentre la maggior parte delle trasformazioni di forma nella stampa 4D sono temporanee e reversibili.
“Queste caratteristiche uniche possono essere utilizzate in varie applicazioni che richiedono una deformazione permanente dopo la stimolazione termica”.
Stampa 4D di una barra rettangolare stampata in modo eterogeneo. (a) Cambiamenti di forma della barra eterogenea con un aumento del tempo di riscaldamento (nt = 3, nl = 5). (b) Forme deformate della barra eterogenea dopo il trattamento termico di 15 minuti per diversi rapporti trasversali-longitudinali 
Configurazione di percorsi di stampa longitudinali e trasversali per provini a barra rettangolare. 
Deformazione termica delle barre rettangolari. a) fotografie di campioni standard, longitudinali e trasversali prima e dopo il trattamento termico. (b) Confronto della deflessione verticale lungo la linea centrale longitudinale. (c) grafico 3D della deflessione verticale (Δz) del campione standard. 
Deformazioni termiche direzionali e conseguenti coefficienti di dilatazione termica di barre stampate in modo omogeneo secondo i percorsi di stampa. Risultati della simulazione numerica. (a) Variazioni di temperatura della barra rettangolare durante il trattamento termico. (b) Modifica del modulo elastico in base alla variazione di temperatura. Distribuzione degli spostamenti verticali con forme deformate per diversi rapporti trasversali-longitudinali (unità: mm): (c) nt: nl = 3: 5. (d) nt: nl = 4: 4. (e) nt: nl = 5: 3. 
Stampa 4D di un campione 2D a forma di stella. (a) Disegni del percorso di stampa per la forma a stella. (b) vista 3D della laminazione eterogenea. (c) Cambiamenti di forma del campione a forma di stella con un aumento del tempo di riscaldamento.