Stampa FDM 4D personalizzata per metastrutture con regioni a larghezza di banda variabile
I ricercatori internazionali stanno passando al livello successivo nella fabbricazione digitale, pubblicando le loro scoperte in ” Metastrutture adattive alla forma con regioni a larghezza di banda variabile di 4D Printing “. Concentrandosi su come le metastrutture 4D possono filtrare l’acustica e trasformare le gamme di filtraggio, gli autori hanno usato la stampa FDM con una testina di stampa 4D per sperimentare materiali deformanti con densità inferiore, facili da programmare e controllare.
I vantaggi della stampa 3D sono enormi per molte applicazioni oggi, principalmente legati alla convenienza e alla velocità di produzione per esigenze on demand che possono anche essere completamente personalizzate. In molti casi, la stampa 3D consente la creazione di parti o sistemi che potrebbero non essere stati possibili in precedenza, consentendo agli utenti di espandersi su un’innovazione dopo l’altra. Con la stampa 4D e materiali come i polimeri a memoria di forma (SMP), gli utenti possono fabbricare e interagire con architetture reattive e riconfigurabili.
Gli SMP sono influenzati da condizioni ambientali come il calore o l’umidità, che causano loro di spostarsi o espandersi, per poi tornare alla loro forma originale. I metamateriali acustici, tuttavia, possono controllare le onde attraverso il materiale. Precedenti ricercatori hanno sviluppato metodi per trovare gap di banda, oltre a dimostrare come variare la geometria reticolare e la rigidità strutturale. In questo studio, gli autori hanno studiato come creare metastrutture in grado di manipolare la propagazione delle onde elastiche.
“Tale struttura è essenziale nella mitigazione delle vibrazioni e nell’attenuazione acustica”, hanno affermato gli autori. “Ispirati dalla termomeccanica degli SMP e dal potenziale della modellazione a deposizione fusa (FDM) negli elementi auto-pieganti con stampa 4D, vengono fabbricati fasci adattativi a classificazione funzionale (FG). Viene mostrato, sperimentalmente e numericamente, come la velocità di stampa in 4D può controllare il recupero della forma e le funzioni di auto-flessione degli elementi attivi. “
Per la fabbricazione di campioni a fascio (30 × 1,6 × 1), il team di ricerca ha utilizzato il PLA con una stampante 3DGence DOUBLE . Sono stati creati cinque campioni, tutti a velocità diverse (Sp = 5, 10, 20, 40, 70 mm / s).
Ogni stampa è stata quindi immersa in acqua calda, raffreddata e analizzata per una potenziale trasformazione.
“Come si può vedere, i campioni con una forma temporanea diritta possono trasformarsi in travi curve”, hanno affermato i ricercatori. “Ciò significa che i campioni possono già essere programmati e stampati durante il processo di stampa 4D.”
Il team di ricerca ha anche osservato che quando aumentavano la velocità di stampa 4D, aumentavano anche l’angolo di piega e la curvatura:
“Più veloce è la stampa in 4D, maggiore è la ritenuta e di conseguenza la deformazione. Infine, gli esperimenti hanno rivelato che la tecnologia di stampa FDM 4D ha un alto potenziale nella fabbricazione e nella programmazione di oggetti adattivi con funzioni di auto-piegatura. “
Il riscaldamento potrebbe anche servire come un altro fattore ambientale per manipolare la curvatura. Anche la variazione della velocità e della temperatura ha cambiato la dispersione ‘in modo significativo’ e il cambio di banda è diminuito a causa della frequenza di commutazione della risonanza locale a seconda della velocità.
“L’eccellente accuratezza della tecnica proposta è stata verificata attraverso uno studio comparativo con esperimenti e risultati computazionali dalla soluzione interna basata su FE MATLAB. Sono state proposte concettualmente due metastrutture sensibili alla temperatura con architettura periodica e caratteristiche dinamiche adattative ”, hanno concluso gli autori. “Lo strumento di calcolo basato su COMSOL è stato quindi applicato per analizzare dinamicamente metastrutture periodiche con elementi attivi auto-pieganti stampati in 4D a diverse velocità di stampa.
“È stato scoperto che le metastrutture hanno la capacità di controllare la propagazione delle onde elastiche formando spazi di banda o intervalli di frequenza in cui l’onda non può propagarsi. È stato osservato che la dimensione della larghezza di banda e la gamma di frequenza potevano essere controllate e ampliate attraverso le risonanze locali modificando la velocità di stampa 4D e l’eccitazione termica. A causa dell’assenza di un concetto simile e di risultati nella letteratura specializzata, è probabile che questo articolo promuova le metastrutture sintonizzabili all’avanguardia per l’attenuazione delle vibrazioni e l’attenuazione del suono. “
