Hai mai immaginato strutture 3D ad alta risoluzione su scala micro/nano che reagiscono dinamicamente all'ambiente circostante? La tecnologia di stampa 4D sta cambiando le regole del gioco utilizzando materiali intelligenti che mostrano una notevole deformazione della forma in risposta a stimoli esterni, mostrando l'enorme potenziale di utilizzo in biomedicina, elettronica flessibile, robotica morbida e aerospaziale.
Ma c'è una sfida enorme:affinché la stampa 4D possa entrare nel mondo micro, abbiamo bisogno di una tecnologia di stampa 3D a risoluzione più elevata in grado di ottenere caratteristiche submicrometriche o addirittura su scala più piccola.
In una pubblicazione sull'International Journal of Extreme Manufacturing , il team del Prof. Qi Ge della Southern University of Science and Technology introduce una tecnologia di stampa 4D basata sulla polimerizzazione a due fotoni (basata su TTP), che può produrre alta risoluzione, da 90 nm a 500 nm, e strutture 3D trasformabili su scala micro/nano.
Questo documento mira a riassumere gli attuali progressi della tecnologia di stampa 4D basata su TPP e le sue applicazioni associate. Inizia illustrando i progressi tecnologici della stampa 4D basata su TPP, delineandone il principio di funzionamento fondamentale e i recenti progressi.
Inoltre, la revisione riassume i progressi compiuti nei materiali intelligenti sfruttati per la stampa 4D basata su TPP. Infine, l'articolo mette in risalto le applicazioni essenziali della stampa 4D basata su TPP, compresi i regni dei microrobot biomedici, dei microattuatori bioispirati, dei microrobot mobili autonomi, dei microrobot trasformabili e dei dispositivi anticontraffazione.
"La tecnologia TPP consente la fabbricazione di micro/nanostrutture multifunzionali selezionando materiali fotoresist appropriati su misura per le funzioni desiderate dell'applicazione target", ha affermato Bingcong Jian, il primo autore dell'articolo.
“Questi fotoresist specializzati consentono la creazione di micro/nanostrutture che esibiscono proprietà dinamiche come la reattività agli stimoli, l’autoattivazione biomimetica, il cambiamento di colore e la capacità di modellare la forma, che sono oltre la portata dei fotoresist commerciali. I materiali di stampa 4D adatti per TPP sono introdotti in quattro categorie:materiali magnetici, polimeri a memoria di forma, idrogel ed elastomeri a cristalli liquidi."
La stampa 4D è una trasformazione programmata della struttura stampata in 3D in forma, proprietà e funzionalità. Può realizzare trasformazioni di forma, multifunzionalità, autoassemblaggio e autoriparazione. È indipendente dalla stampante, dipendente dal tempo e programmabile. L'emergere della tecnologia di stampa 4D basata su TPP promette di rivoluzionare vari campi, tra cui la robotica, la biomedicina e la nanotecnologia, nel prossimo futuro.
Le applicazioni sono classificate in base a evoluzioni e cambiamenti strutturali, come il morphing della forma, l'alterazione del colore, il cambio di stato e la locomozione. Di conseguenza, le potenziali applicazioni delle strutture stampate in 4D basate su TPP possono essere raggruppate in cinque categorie:micromacchine biomediche, microattuatori bioispirati, microrobot mobili autonomi, dispositivi e robot trasformabili e microdispositivi anticontraffazione.
"Mentre ci avventuriamo sempre più nel regno della stampa 4D basata su TPP, incontriamo sia entusiasmo che sfide intriganti", osserva Qi Ge. "Il nostro percorso da seguire implica affrontare queste sfide con un occhio all'innovazione e all'adattamento.
“Una preoccupazione fondamentale è la necessità di migliorare la nostra capacità produttiva. Per rendere la stampa 4D basata su TPP parte integrante di diversi settori, dobbiamo sviluppare apparecchiature in grado di effettuare il cross-scaling e gestire più materiali su scala micro/nano. Ciò comporta un viaggio verso una maggiore velocità di stampa, scalabilità e precisione Altrettanto fondamentale è la nostra ricerca per ottimizzare le prestazioni dei materiali. I fotoresist che utilizziamo sono la linfa vitale delle nostre creazioni.
"Per ottenere trasformazioni strutturali ed eccellenza funzionale, dobbiamo innovare e perfezionare i fotoresist con attributi chimici, termici e meccanici superiori. Questi materiali devono essere robusti, flessibili e durevoli. Tuttavia, il cuore dei nostri sforzi futuri risiede nella nostra metodologia di progettazione . Stiamo esplorando modi per sintetizzare processo, materiale, struttura e funzione in una struttura di progettazione armoniosa.
"Questo approccio sfrutta l'ottimizzazione topologica e l'apprendimento automatico per perfezionare contemporaneamente il processo di stampa, la scelta dei materiali e i progetti strutturali. Il risultato è la capacità di creare micro/nanostrutture con funzionalità su misura.
"La nostra aspirazione è chiara. Attraverso tecniche di progettazione avanzate, miriamo a sbloccare nuovi orizzonti nella stampa 4D basata su TPP. Superare queste sfide non significa solo progresso tecnologico; si tratta di rimodellare le industrie e aprire la strada ad applicazioni innovative. Siamo entusiasti di intraprendere in questo viaggio mentre tracciamo il futuro della stampa 4D basata su TPP."
Ulteriori informazioni: Bingcong Jian et al, Stampa 4D basata sulla polimerizzazione a due fotoni e sue applicazioni, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acfc03
Fornito dall'International Journal of Extreme Manufacturing
