GLI SCIENZIATI DELLA BINGHAMTON UNIVERSITY STAMPANO TRALICCI METALLICI LIQUIDI RICONFIGURABILI IN 3D
Gli scienziati della Watson School of Engineering della Binghamton University hanno usato la stampa 3D per produrre una mano reticolare di metallo liquido riconfigurabile.
Creato combinando il metallo liquido con uno scheletro a conchiglia stampato in 3D, l’appendice in metallo non apparirebbe fuori posto come parte del terminatore T-1000 che cambia forma. Il nuovo approccio alla produzione ibrida integra la stampa 3D, la fusione sotto vuoto e il rivestimento conforme per produrre un effetto memoria di forma, che mantiene il materiale reticolare in posizione all’interno di qualsiasi guscio pre-progettato.
La tecnica fornisce all’assorbimento di energia recuperabile del reticolo metallico, rigidità sintonizzabile e comportamenti riconfigurabili, e questo si presta ad applicazioni di manutenzione e riparazione nel settore aerospaziale, secondo gli scienziati di Binghamton.
Precedenti studi hanno utilizzato polimeri a memoria di forma per la loro intrinseca flessibilità e facilità di fabbricazione, che ha portato ad applicazioni in impianti molli, controllo delle onde sintonizzabili e componenti dispiegabili. Nell’aprile dello scorso anno, gli ingegneri della Rutgers University-New Brunswick , New Jersey, hanno utilizzato la stampa 3D per produrre materiali flessibili e leggeri utilizzando polimeri a memoria di forma.
Tuttavia, secondo il team di Watson, i polimeri a memoria di forma presentano limitazioni come velocità di risposta lenta, bassa conducibilità termica e minore assorbimento di energia a causa della mancanza di rigidità rispetto al metallo di Field. I progressi nella stampa 3D nel frattempo, hanno consentito la produzione di reticoli con geometrie, strutture gerarchiche e design a gradiente più complicati. Gli scienziati di Binghamton hanno unito queste tecnologie per creare il loro esclusivo materiale in metallo liquido.
Gli scienziati hanno prodotto quattro prototipi di prodotti, tra cui la mano accattivante simile a Terminator, rivestendo il materiale con gusci di elastomero con specifiche diverse. Altri prototipi includevano favi, palloni da calcio, una “ragnatela” di antenne e le lettere BUME (per l’ingegneria meccanica della Binghamton University).
Utilizzando la produzione additiva per rendere il reticolo
Il processo di produzione inizia con la stampa 3D di uno scheletro a conchiglia in gomma e metallo utilizzando una stampante DLP (Digital Light Projector) commerciale. Lo scheletro viene quindi riempito con un reticolo di metallo liquido caldo che viene prodotto utilizzando la lega di Field, un metallo usato come liquido refrigerante nell’ingegneria nucleare a causa del suo basso punto di fusione di 62 o C. Poiché il reticolo viene lasciato raffreddare, diventa più malleabile , consentendo di adattarlo a qualsiasi forma o design. Quando il metallo viene riscaldato fino al punto di fusione, assume una forma liquida ed è pronto per essere riutilizzato e rimodellato.
La mano reticolare è stata ristrutturata in due forme temporanee durante i test e quasi il 100% del metallo liquido è stato recuperato dopo la fusione, portando gli scienziati di Binghamton ad anticipare che avrebbe potuto prendere la forma di qualsiasi gesto possibile con una mano umana. Testare l’accuratezza della produzione scoperta e i difetti di colata / rivestimento, ma gli scienziati suggeriscono che queste incoerenze potrebbero essere risolte in futuro utilizzando processi esistenti come la produzione additiva basata su laser.
I prototipi hanno mostrato caratteristiche avanzate come assorbimento di energia recuperabile, forma e rigidità regolabili e comportamenti riconfigurabili. L’uso del metallo di Field conferisce inoltre alle parti una maggiore rigidità rispetto ai polimeri, e quindi per dissipare molta più energia. Rispetto ad altre leghe a memoria di forma, i materiali reticolari in metallo liquido hanno dimostrato una gamma di deformazione reversibile molto più ampia, grazie al loro design integrato difficile da morbido.
Questi attributi offrono ai materiali reticolari in metallo liquido il potenziale da utilizzare come protezione recuperabile o strati di cuscino in applicazioni ingegneristiche e aerospaziali. “Un veicolo spaziale potrebbe schiantarsi se atterra sulla Luna o su Marte con qualche tipo di impatto. Normalmente, gli ingegneri usano l’alluminio o l’acciaio per produrre le strutture del cuscino, ma dopo l’atterraggio sulla luna, il metallo assorbe l’energia e si deforma. È finita, puoi usarla solo una volta ”, ha detto l’assistente professore Pu Zhang che è stato coautore del documento. “Usando la lega di questo Field, puoi schiantarti contro di esso come altri metalli, ma poi riscaldarlo in seguito per recuperarne la forma. Puoi usarlo più e più volte ”, ha aggiunto il professore.
Il team di Watson si sta già basando su questa ricerca di reticoli metallici, inclusi diversi tipi di strutture e materiali di rivestimento migliorati, con l’obiettivo di produrre un robot reticolare completamente liquido.
I metalli liquidi sono già utilizzati in una vasta gamma di applicazioni nel settore della stampa 3D, più comunemente nell’elettronica stampata in 3D. Nell’aprile 2018, i ricercatori dell’Oregon State University (OSU) hanno scoperto che la combinazione di Galinstan, una lega metallica liquida, con il nichel, ha creato una pasta che poteva essere stampata in 3D in componenti elastici e elettricamente conduttivi .
I ricercatori di Pechino hanno annunciato a Match 2017 di aver utilizzato la stampa 3D e iniettato metallo liquido come nuovo modo di creare componenti elettrici funzionali e hanno pubblicato un documento sull’uso del processo per consentire la creazione di schede PCB.
Nel marzo 2013, i ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un nuovo metodo per stampare metalli conduttivi a temperatura ambiente. Hanno identificato potenziali applicazioni della tecnologia che vanno da analoghi morbidi, estensibili e riconfigurabili a fili, interconnessioni elettriche, elettrodi e antenne.
I risultati dei ricercatori della Watson School of Engineering sono dettagliati nel loro articolo intitolato ” Materiali a reticolo metallico liquido multifunzionale con comportamenti recuperabili e riconfigurabili “, che è stato pubblicato sulla rivista Science Direct ed è stato co-autore di Fanghang Deng, Quang-Kha Nguyen e Pu Zhang.
