I chimici semplificano le tecniche per la stampa 3D e 4D con più materiali
Se la tua mente non è stata sfruttata a sufficienza con la stampa 3D, la stampa su carta e il potenziale per tutto, dalle case stampate in 3D , alle automobili e persino agli organi, non perderti ancora di più mentre i ricercatori ottimizzano la produzione multimateriale e multidimensionale per gli utenti in giro il mondo. I ricercatori JJ Schwartz e AJ Boydston descrivono ulteriormente la loro nuova tecnica in ‘ Multimodial actinic spatial control 3D and 4D printing .’
I ricercatori spiegano che mentre la stampa 3D multi-materiale è già in uso, con l’hardware progressivo che viene pubblicizzato come avente le capacità, non è certamente facile. Lasciare a un paio di chimici brillanti, tuttavia, di venire fuori con un’idea completamente nuova che consente un processo all-in-one in cui nulla deve essere fermato o scambiato per passare a un nuovo materiale o colore. Schwartz e Boydston sottolineano che in precedenza un simile esercizio veniva eseguito attraverso la produzione ibrida, usando più del tipo di processo per creare un prodotto:
“Ad esempio, un componente stampato può essere modificato da una qualche forma di tecnica AM per dare una parte ibrida composta da materiali diversi, oppure una tecnica AM potrebbe essere adattata per consentire l’incorporazione di componenti non tradizionali, come l’elettronica”, affermano i ricercatori .
Dopo molti studi, i ricercatori hanno scoperto una migliore stampabilità con silsesquioxano poliedrico oligomerico epossifunzionalizzato (ePOSS) – da utilizzare con resine come IBoA-PEGDA / EPOX-ePOSS (IBoA-1), BA-HDDA / EPOX-ePOSS (BA- 1) e HEA / EPOX-ePOSS (HEA-2).
“Per compensare questa differenza, abbiamo analizzato vari rapporti dei componenti e abbiamo scoperto che un rapporto 3: 7 dei monomeri acrilato-epossidico forniva tempi di polimerizzazione utilizzabili (<120 s) usando le nostre sorgenti di proiettori UV visibili a 365 nm e personalizzate . L’incorporazione di ePOSS nel sistema IBoA-1 e HEA-2 ha permesso un rapporto 1: 1 tra componenti radicalici e cationici. Inoltre, abbiamo utilizzato lo 0,4% in peso dell’iniziatore Irgacure 819 rispetto al 2,5-4% in peso del TAS. “
“Prevediamo che una maggiore intensità della luce UV o una maggiore efficienza dell’iniziatore potrebbero avere successo nelle iterazioni future”, affermano i ricercatori .
I ricercatori proseguono spiegando che nella polimerizzazione con luce UV, hanno trovato che i campioni esibivano una risonanza di picco paragonabile alla polimerizzazione di acrilato ed epossido. E, soprattutto:
“Questi risultati hanno significato la capacità generale di dettare le composizioni chimiche delle parti stampate da una singola vasca usando un semplice controllo della lunghezza d’onda.”
Completarono la produzione inviando una serie di immagini attraverso un proiettore DLP e l’altra in un sistema di proiezione UV personalizzato. Ispirati dal successo, i ricercatori hanno deciso di immergersi in campioni più grandi con geometrie più complesse, preparando campioni a 4 pilastri con la formulazione HEA-1 MASC e più “campioni omogenei” creati con luce UV (o visibile).
Mentre sperimentavano ulteriormente con le formulazioni MASC-DLP, i ricercatori hanno anche iniziato a esaminare la stampa 4D in quanto i campioni erano in grado di gonfiarsi e trasformarsi.
“Come previsto, i campioni che sono stati stampati con luce visibile per dare prevalentemente composizioni HEA o BA gonfiò in solventi acquosi e organici, rispettivamente (Tabella Supplementare 2 ). Al contrario, i campioni stampati con luce UV per incorporare EPOX hanno mostrato un rigonfiamento volumetrico notevolmente inferiore. I campioni stampati con luce sequenziale UV e visibile hanno portato a rapporti intermedi di gonfiore. “
Hanno sperimentato come la luce UV avrebbe funzionato nella creazione di campioni 4D, creando prima un pesce stellato usando il sistema MASC HEA-1 ed esaminando il processo di rigonfiamento. I bracci delle stelle marine si arricciavano in modo consistente in diversi campioni, ma ancor di più quando usavano il sistema MASC BA-1, con le parti in acrilato che si gonfiavano di più in toluene.
Foto time-lapse dell’azionamento indotto da gonfiore in stelle marine stampate. un modello CAD di stella marina multimateriale. Lunghezza punta-punta = 38 mm, diametro dell’anima = 9 mm, travi intarsiate all’interno di ciascun braccio = 13 mm. Il viola corrisponde all’irradiazione UV e il bianco / trasparente corrisponde all’irradiazione della luce visibile. b Risultati di rigonfiamento di una stella marina in acqua stampata usando la formulazione HEA-1 MASC. Barre della scala = 25 mm. c Risultati di rigonfiamento di una stella marina in toluene stampato utilizzando la formulazione BA-1 MASC. Barre della scala = 25 mm
Ulteriori applicazioni per questa stampa 3D multi-materiale semplificata potrebbero includere dispositivi medici specifici del paziente come le protesi, insieme a ulteriori progressi nell’ingegneria dei tessuti e nella creazione di organi stampati in 3D in laboratorio.
“Questo è un primo passo verso una capacità ampliata che speriamo consenta a designer, artisti, ingegneri e scienziati di spingere i limiti delle combinazioni di materiali AM”, hanno concluso i ricercatori . “Sebbene queste prime dimostrazioni si concentrassero su una combinazione selezionata di materiali, l’espansione verso l’inclusione dello spettro letterale e figurativo della reattività fotochimica potrebbe sbloccare numerose possibilità per l’AM multimateriale.”
