I ricercatori della Carnegie Mellon University hanno utilizzato una stampante 3D economica per produrre oggetti di plastica piatti che, quando riscaldato, si piegano in forme predeterminate, come una rosa, una barca o anche un coniglio.

Fodera Yao, assistente professore presso lo Human-Computer Interaction Institute e direttore del Morphing Matter Lab, detto questi oggetti in plastica auto-pieghevoli rappresentano un primo passo verso prodotti come i mobili flat-pack che assumono le loro forme finali con l'aiuto di una pistola termica. I rifugi di emergenza potrebbero anche essere spediti piatti e piegati in forma sotto il calore del sole.

I materiali pieghevoli sono più rapidi ed economici da produrre rispetto agli oggetti 3D solidi, rendendo possibile sostituire parti non critiche o produrre prototipi utilizzando strutture che approssimano gli oggetti solidi. Gli stampi per scafi di barche e altri prodotti in fibra di vetro potrebbero essere prodotti a buon mercato utilizzando questi materiali.

Yao presenterà la ricerca del suo gruppo su questo metodo, che lei chiama Thermorph, al CHI 2018, la Conferenza sui fattori umani nei sistemi informatici, 21-26 aprile a Montreal, Canada.

Altri ricercatori hanno esplorato materiali auto-pieganti, ma in genere hanno utilizzato materiali esotici o sono dipesi da sofisticate tecniche di lavorazione non ampiamente disponibili. Yao e il suo team di ricerca sono stati in grado di creare una struttura pieghevole utilizzando il tipo meno costoso di stampante 3D, una stampante FDM, e sfruttando la deformazione, un problema comune con queste stampanti.

"Volevamo vedere come l'autoassemblaggio potesse essere reso più democratico, accessibile a molti utenti, "ha detto Yao.

Le stampanti FDM funzionano stendendo un filamento continuo di materiale termoplastico fuso. Questi materiali contengono tensioni residue e, man mano che il materiale si raffredda e lo stress viene alleviato, il termoplastico tende a contrarsi. Ciò può causare bordi e superfici deformati.

"Le persone odiano la deformazione, " Yao ha detto. "Ma abbiamo preso questo svantaggio e lo abbiamo trasformato a nostro vantaggio."

Per creare oggetti pieghevoli, lei e il suo team controllano con precisione questo processo variando la velocità con cui viene depositato il materiale termoplastico e combinando materiali soggetti a deformazione con materiali simili alla gomma che resistono alla contrattura.

Gli oggetti emergono dalla stampante 3D come piatti, plastica dura. Quando la plastica viene immersa nell'acqua abbastanza calda da renderla morbida e gommosa, ma non abbastanza calda da fonderla, viene attivato il processo di piegatura.

Sebbene utilizzassero una stampante 3D con hardware standard, i ricercatori hanno sostituito il software open source della macchina con il proprio codice che calcola automaticamente la velocità di stampa e i modelli necessari per ottenere particolari angoli di piegatura.

"Il software si basa sulla nuova teoria del piegamento della curva che rappresenta i movimenti di fasciatura dell'area curva. Il software basato su questa teoria può compilare qualsiasi forma di mesh 3D arbitraria su un foglio termoplastico associato in pochi secondi senza intervento umano, " ha detto Byoungkwon An, un affiliato di ricerca in HCII.

"È difficile immaginare che questo venga fatto manualmente, "ha detto Yao.

Sebbene questi primi esempi siano su scala desktop, sembra possibile realizzare oggetti pieghevoli più grandi.

"Riteniamo che l'algoritmo generale e i sistemi materiali esistenti dovrebbero consentirci di realizzare alla fine grandi, forti oggetti pieghevoli, come sedie, barche o anche satelliti, " disse Jianzhe Gu, Stagista di ricerca HCII.