Negli ultimi anni, La stampa 3D ha aperto nuove interessanti possibilità per la produzione su larga scala di componenti elettronici, così come di una varietà di altri oggetti. A tal fine, i team di ricerca di tutto il mondo hanno cercato di creare materiali e strutture che possano facilmente cambiare forma, in quanto potrebbero essere particolarmente utili per le applicazioni di stampa 3D.

Sebbene molti dei materiali programmabili e mutaforma sviluppati finora si siano rivelati promettenti per la stampa 3D, spesso non sono meccanicamente robusti. Questo li rende non ideali per la stampa di oggetti resistenti a molto peso o sollecitazioni.

Per superare questo limite, ricercatori del Georgia Institute of Technology, L'Università di Pechino e l'Istituto di tecnologia di Pechino hanno recentemente proposto un nuovo sistema di materiali che trasformano la forma e sono anche meccanicamente robusti. Questo nuovo materiale, creato attraverso la volatilizzazione di un componente volatile che non ha reagito completamente, è stato presentato in un articolo pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS . Gli autori principali di questo articolo sono Qiang Zhang e Xiao Kuang.

"Nei nostri lavori precedenti, abbiamo utilizzato la stampa con elaborazione della luce digitale in scala di grigi (gDLP) per creare strutture di trasformazione della forma e la stampa a getto d'inchiostro per realizzare la stampa 4D diretta, "Jerry Qi, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "Però, abbiamo scoperto che la stampa 4-D di rapida, le strutture on-demand che trasformano la forma e meccanicamente robuste sono rimaste una sfida significativa."

Traendo ispirazione dai risultati delle loro precedenti ricerche, Qi e i suoi colleghi hanno ideato un meccanismo di morphing della forma indotto dalla volatilizzazione e lo hanno utilizzato per creare un nuovo sistema di materiali per la stampa gDLP, contenente una componente reattiva e volatilizzante. Dopo che è stato utilizzato per stampare un determinato oggetto, il materiale può cambiare rapidamente forma, attraverso la volatilizzazione diretta del monomero residuo a temperature elevate.

"Controllando la distribuzione delle unità di restringimento voxelato abilitate dalla stampa gDLP, siamo stati in grado di ottenere su richiesta e complessi mutamenti di forma, " disse Qi. "Dopo aver trasformato la forma, abbiamo introdotto una fase di post-fotopolimerizzazione per migliorare sostanzialmente le proprietà meccaniche delle strutture".

Per creare il nuovo materiale presentato nel loro recente documento, i ricercatori hanno aggiunto un materiale altamente reattivo e volatilizzante a un tipo di inchiostro comunemente usato nelle applicazioni di stampa 3D. L'inchiostro è stato quindi solidificato mediante luce UV. interessante, la struttura solida risultante può quindi essere trasformata in una varietà di nuove configurazioni, semplicemente scaldandolo.

"Le strutture trasformate utilizzando il metodo che abbiamo sviluppato possono quindi essere ulteriormente migliorate meccanicamente tramite un'ulteriore elaborazione con luce UV, " ha detto Qi. "Abbiamo sviluppato un metodo versatile per accedere a strutture che cambiano forma rapidamente con robuste proprietà meccaniche a basso costo, che spinge la stampa 4-D un passo avanti per le applicazioni pratiche."

Il materiale introdotto da Qi e dai suoi colleghi presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri materiali mutaforma per la stampa 3D introdotti in passato. Soprattutto, consente la creazione di sistemi in grado di cambiare forma su richiesta, rapidamente e con alta precisione.

Inoltre, oggetti o componenti tecnologici stampati con questo nuovo materiale sono meccanicamente robusti, il che significa che non sono facilmente danneggiati da oggetti pesanti o altre forze esterne. Nel futuro, il materiale e la tecnica di stampa ideati da Qi e dai suoi colleghi potrebbero consentire la stampa 3D e 4D di numerosi articoli diversi, compresi oggetti artistici, dispositivi intelligenti, elettronica dispiegabile, e dispositivi ottici intelligenti.

"I nostri piani per la ricerca futura includono la fabbricazione di strutture che cambiano forma di dimensioni molto più grandi e l'integrazione del cambiamento di forma con molteplici altre funzioni, come l'elettronica flessibile e l'ottica, per fabbricare dispositivi intelligenti, inclusa antenna sintonizzabile in frequenza, e RFID auto-pieghevole, " disse Qi.

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