I ricercatori del Dartmouth College hanno sviluppato un inchiostro intelligente che trasforma le strutture stampate in 3D in oggetti che possono cambiare forma e colore. L'innovazione promette di aggiungere ancora più funzionalità alla stampa 3D e potrebbe aprire la strada a una nuova generazione di materiale stampato.

Il progresso nell'area della stampa intelligente che cambia forma, nota anche come stampa 4D, fornisce un'alternativa a basso costo alla stampa di parti di precisione per usi in aree che vanno dalla biomedicina all'industria energetica.

"Questa tecnica dà vita a oggetti stampati in 3D, " ha detto Chenfeng Ke, un assistente professore di chimica a Dartmouth. "Mentre molte strutture stampate in 3D sono solo forme che non riflettono le proprietà molecolari del materiale, questi inchiostri portano molecole funzionali nel mondo della stampa 3D. Ora possiamo stampare oggetti intelligenti per una varietà di usi."

Molti protocolli di stampa 3D si basano su resine fotopolimerizzabili e danno come risultato oggetti di plastica dura con rigidità, ma architetture molecolari casuali. Il nuovo processo consente ai progettisti di mantenere specifici allineamenti molecolari e funzioni in un materiale e converte tali strutture per l'uso nella stampa 3D.

Utilizzando una combinazione di nuove tecniche nei processi di pre e post stampa, i ricercatori sono stati in grado di ridurre gli oggetti stampati all'1% delle loro dimensioni originali e con una risoluzione 10 volte superiore. Gli oggetti stampati in 3D possono anche essere animati per espandersi e contrarsi ripetutamente attraverso l'uso di pilastri supramolecolari. Con inseguitori fluorescenti, gli oggetti possono essere fatti cambiare colore in risposta a uno stimolo esterno come la luce.

La capacità di ridurre le dimensioni di un oggetto dopo la stampa preservando le caratteristiche funzionali e aumentando la risoluzione consente alle stampanti economiche di stampare oggetti ad alta risoluzione che una volta erano possibili solo con stampanti molto più sofisticate.

Secondo lo studio, che è stato selezionato come carta VIP da Angewandte Chemie , il giornale della Società Chimica Tedesca, l'inchiostro intelligente può stampare in modo approssimativo, Risoluzione di 300 micron, ma il prodotto finale presenterebbe una larghezza di linea molto più fine di 30 micron.

"Questo processo può utilizzare $ 1, 000 stampante per stampare ciò che prima richiedeva $ 100, 000 stampante, " ha detto Ke. "Questa tecnica è scalabile, ampiamente adattabile e può ridurre drasticamente i costi."

Per creare l'inchiostro intelligente, i ricercatori hanno utilizzato un "veicolo" a base di polimeri che integra sistemi molecolari intelligenti nel gel di stampa e consente la trasformazione delle loro funzioni dal nanosacolo alla macroscala.

Mentre la maggior parte dei materiali viene prontamente indurita durante il processo di stampa 3D, il nuovo processo introduce una serie di reazioni post-stampa che bloccano insieme i principi attivi e mantengono la forma della struttura molecolare durante tutto il processo di stampa.

Il risultato è un oggetto stampato con un design molecolare programmato per trasformarsi:se gli fornisci carburante chimico, cambia forma. Se accendi una luce su di esso, può cambiare colore.

"Questo è qualcosa che non abbiamo mai visto prima. Non solo possiamo stampare oggetti in 3D, possiamo dire alle molecole in quegli oggetti di riorganizzarsi a un livello visibile ad occhio nudo dopo la stampa. Questo sviluppo potrebbe liberare il grande potenziale per lo sviluppo di materiali intelligenti, " disse Ke.

Mentre i ricercatori ritengono che la tecnologia sia ancora lontana dai sistemi 3D intelligenti in grado di modificare dinamicamente la loro configurazione, gli usi attuali della tecnologia potrebbero essere la stampa di filtri di precisione e dispositivi di archiviazione. Col tempo, i ricercatori si aspettano che il processo possa portare a una nuova classe di oggetti stampati in 3D su macroscala che possono essere utilizzati per fornire medicine o produrre sostituzioni ossee ad alta risoluzione.

Secondo il team di ricerca coinvolto nello studio:"Riteniamo che questo nuovo approccio avvierà lo sviluppo di materiali di stampa 3D a base di piccole molecole e accelererà notevolmente lo sviluppo di materiali e dispositivi intelligenti oltre la nostra attuale comprensione in grado di svolgere compiti complessi in risposta agli stimoli ambientali”.

Nell'immediato, i ricercatori si aspettano che gli inchiostri intelligenti siano utili ai chimici dei materiali, Ingegneri della stampa 3D e altri interessati a portare materiali funzionali nella stampa 3D.