Un metodo innovativo per modellare i materiali stampati in 3D
La stampa 3D non si limita alla produzione di componenti con geometrie complesse, ma offre anche la possibilità di manipolare i materiali in modo controllato. Un nuovo approccio, sviluppato dal Morphing Matter Lab dell’Università della California, Berkeley, sfrutta le tensioni interne generate durante il processo di stampa per ottenere piegature programmate attraverso l’applicazione di calore.
Il creator CNC Kitchen ha sperimentato questa tecnica, dimostrando come possa essere utilizzata in modo pratico per creare strutture che si trasformano autonomamente quando vengono riscaldate.
Come funziona il meccanismo di auto-piegatura
Durante la stampa 3D, il materiale viene depositato strato dopo strato, creando spesso tensioni residue che possono causare deformazioni indesiderate. I ricercatori hanno scoperto che queste forze interne possono essere gestite per ottenere cambiamenti di forma controllati. Quando il pezzo stampato viene riscaldato oltre la sua temperatura di transizione vetrosa (Tg), le tensioni accumulate si rilasciano, provocando la piegatura del materiale secondo una configurazione predefinita.
Il processo prevede l’uso di materiali con proprietà diverse:
PLA come strato attivo, che si contrae sotto l’effetto del calore
TPU come strato passivo, che limita il movimento e guida la trasformazione della forma
Variando l’orientamento di stampa e la disposizione degli strati, è possibile ottenere piegature e torsioni con caratteristiche specifiche.
Risultati sperimentali e parametri di stampa
Nei test condotti da CNC Kitchen, è emerso che la velocità di stampa influisce direttamente sulla quantità di tensioni interne generate. Una velocità più elevata produce più stress nel materiale, favorendo una maggiore deformazione quando il pezzo viene riscaldato.
Un aspetto interessante riguarda la scelta del riempimento:
Il pattern Hilbert Curve si è rivelato efficace nel mantenere le superfici piatte stabili
Altri schemi di riempimento sono stati più adatti per ottenere piegature mirate
Applicazioni e possibili sviluppi
Uno degli esperimenti più interessanti ha riguardato la realizzazione di una struttura a sandwich con strati alternati di PLA e TPU, che ha permesso di ottenere piegature programmate con elevata precisione. Un altro aspetto rilevante è la possibilità di riportare il pezzo alla sua forma originale tramite un ulteriore ciclo di riscaldamento, rendendo questa tecnica utile per soluzioni riutilizzabili o design adattivi.
Questa metodologia apre prospettive interessanti nel campo della stampa 4D, della robotica soft e delle strutture riconfigurabili, offrendo nuove possibilità per applicazioni che richiedono trasformazioni controllate dei materiali.
