In un documento intitolato ” Stampa 3D di strutture bistabili rotanti e rotanti con elementi di messa a punto “, un gruppo di ricercatori sottolinea che la maggior parte delle strutture stampate in 3D finora sono state “strutture statiche con forme e funzioni fisse”. Poi vanno avanti per introdurre la bistabilità alla stampa 3D – in particolare strutture bistabili rotanti e rotanti. Usano polimeri a memoria di forma (SMP) per fare ciò; Gli SMP sono materiali intelligenti che possono memorizzare una forma permanente e avere più forme temporanee.
“Per prima cosa presentiamo strutture bistabili stampate in 3D che consentono la riconversione e la riconfigurazione rotazionale”, affermano i ricercatori. “I nostri progetti si basano su meccanismi conformi ma, a differenza delle strutture monolitiche convenzionali senza giunti, introduciamo giunti speciali che consentono la stampa 3D di interi componenti senza post-assemblaggio. Queste articolazioni sono importanti anche per la messa a punto della bistabilità. Quindi, impiegando elementi SMP, dimostriamo componenti bistabili sintonizzabili. “
Utilizzando elementi sintonizzabili SMP incorporati in componenti rotanti e rotanti, i ricercatori sono stati in grado di regolare gli angoli di torsione o rotazione e controllare la forma complessiva del diagramma di energia bistabile. Questi componenti bistabili sintonizzabili possono essere utilizzati per il controllo del movimento semplificato negli attuatori o per interruttori meccanici.
Per stampare in 3D i componenti è stata utilizzata una stampante 3D multi-materiale Stratasys J750. I ricercatori hanno introdotto giunti speciali per costruire componenti bistabili rotanti e rotanti senza post-assemblaggio. Giunti sferici sono stati utilizzati nei componenti di torsione e giunti a perno in quelli rotazionali.
“Inoltre, introducendo gli SMP, abbiamo dimostrato la bistabile sintonizzabile in entrambi i componenti di rotazione e rotazione”, continuano. “Progettando opportuni elementi SMP, è possibile regolare il diagramma dell’energia bistabile dopo la stampa e ottenere strutture bistabili sintonizzabili. Ciò aumenta significativamente la sintonizzabilità e l’applicabilità della bistabilità in vari componenti stampati in 3D. “
Le strutture bistabili hanno due stati stabili che sono separati da una barriera di energia.
“Questi stati stabili sono i minimi locali del diagramma elastico-potenziale-energia”, spiegano i ricercatori. “Il passaggio tra due configurazioni stabili (stati A e B) può essere fatto in modo reversibile molte volte attraverso opportune azioni meccaniche con forze laterali o di rotazione. La pendenza nel diagramma dell’energia potenziale indica la forza applicata a un dato spostamento. Per superare la barriera energetica e indurre la trasformazione nell’altra forma, dovremmo applicare abbastanza energia per superare questa barriera. Una volta superata la collina della barriera, la struttura sarà deformata in un altro stato stabile, a energia più bassa automaticamente senza energia aggiuntiva. “
Una struttura bistabile rimane stabile nel tempo senza consumo di energia perché si trova in una posizione di energia stabile. Piccoli disturbi non cambiano la posizione stabile, i ricercatori continuano, quindi un sistema di controllo del movimento a circuito aperto è adeguato per un controllo accurato del movimento.
L’introduzione di SMP in componenti bistabili può potenzialmente consentire movimenti stimolanti che sono utili per sensori e attuatori intelligenti e programmabili, secondo i ricercatori. Gli SMP possono essere utilizzati per abilitare la riconfigurazione attiva in strutture bistabili.
Autori del giornale includono Hoon Yeub Jeung, Soo-Chan An, In Cheol Seo, Eunseo Lee, Sangho Ha, Namhun Kim e Young Chul Jun.
