Stampa modulare 4D tramite saldatura interfacciale di reti digitali polimeriche dinamiche controllabili alla luce

Ricercatori dell’Università Zhejiang Strutture modulari in stampa 4D

I ricercatori del College of Chemical and Biological Engineering dell’Università di Zhejiang hanno esplorato un regno ancora più complesso della fabbricazione digitale, rilasciando i loro risultati in ” Stampa modulare 4D tramite saldatura interfacciale di reti digitali polimeriche dinamiche controllabili alla luce “.

Storicamente, la stampa 3D ha offerto una vasta gamma di vantaggi agli utenti a molti livelli; tuttavia, gli utenti sono ancora spesso limitati e sfidati a causa di problemi come la velocità più lenta o la mancanza di materiali adeguati. La stampa 4D potrebbe essere più veloce, ma gli autori notano che geometrie più complesse potrebbero non essere accessibili e che il potenziale per l’utilizzo di più materiali potrebbe essere limitato.

In questo studio, gli autori si allontanano dalla tipica modalità di fabbricazione a strati, utilizzando un sistema modulare sviluppato attraverso la saldatura interfacciale di strutture digitali controllabili alla luce che possono essere personalizzate, stampate in 3D e assemblate in una rete modulare:

“Questa espansione non è banale in quanto apre modi per fabbricare dispositivi geometricamente complessi con funzioni sofisticate che altrimenti sarebbero difficili con gli approcci esistenti. Notiamo che recenti lavori hanno mostrato l’integrazione di più materiali nella stampa 4D tramite la scrittura diretta dell’inchiostro. Sebbene il metodo implichi stress da doppio strato, a livello globale lo spostamento della forma è ancora limitato alla trasformazione da singolo strato 2D a 3D. “

La luce digitale a doppia faccia viene proiettata su un ‘precursore di stampa’ fatto di monomeri che non sono solo fotocurabili ma comprendono anche:

Legami covalenti dinamici
Fotoiniziatore
Assorbitore di luce
Solvente (toluene)
L’esposizione della luce provoca l’indurimento, insieme a “migliorare l’attenuazione della luce”, e di conseguenza la creazione di un gradiente di indurimento che esiste nel gradiente fuori dal piano.

“La successiva rimozione dei monomeri non induriti e del solvente dal film polimerizzato sviluppa il film 2D in 3D a causa dell’eterogeneità del materiale nella dimensione fuori dal piano”, affermano i ricercatori. “Seguendo questo processo, variazioni indipendenti nei precursori di stampa possono portare a oggetti 3D con proprietà di materiali personalizzabili, che chiamiamo moduli di materiali 3D”.

Caratterizzazione quantitativa dei comportamenti pieghevoli

I moduli presentano forme che vengono manipolate e collegate separatamente tramite saldatura interfacciale tramite scambio dinamico di covalenti. Gli autori hanno utilizzato una serie di monomeri / reticolanti per offrire una migliore comprensione di questo principio. Le variazioni hanno causato diversi tipi di moduli materiali, come segue:

PPIA20-IBOA80
PPIA50-PEA50
PPIA20-PEA80

La struttura modulare 4D non solo si espande oltre la stampa 3D ma è più robusta e offre versatilità, come mostrato nei due campioni stampati: uno di PPIA20-IBOA80 e uno di PPIA50-PEA50. Entrambi sono stati collegati applicando una pressione sull’area incernierata durante la saldatura. Le qualità 4D, la deformazione e quindi il ritorno allo stato iniziale, sono state visualizzate a causa della temperatura durante il riscaldamento.

“Una caratteristica importante durante il processo è che la deformazione è dettata dal modello di Kresling, producendo una rotazione controllata diretta dal modello che migliora la stabilità meccanica del dispositivo”, hanno concluso i ricercatori.

“Oltre ad avere i vantaggi delle attuali tecnologie di stampa 4D, la natura intercambiabile dei legami dinamici nelle reti di polimeri stampati offre numerosi vantaggi piuttosto notevoli. La plasticità allo stato solido tramite scambio di legame nella massa del materiale consente un’ulteriore manipolazione delle forme stampate. Lo scambio di legame interfacciale tra moduli materiali formulati separatamente consente l’integrazione di più materiali distinti in modo modulare. Queste caratteristiche consentono un’integrazione versatile di materiali e strutture, portando a insolite opportunità di costruire dispositivi multi-risposta con funzioni dettate dalla geometria.

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