Lab hace 4D impresión más práctico

Rafael Verduzco y el estudiante graduado Morgan Barnes, de la Escuela de Ingeniería de Brown de Rice desarrollaron un método para imprimir objetos que pueden ser manipulados para asumir formas alternativas cuando se expone a los cambios de temperatura, corriente eléctrica o el estrés.

Los investigadores piensan en esto como la impresión 4D reactiva. Su trabajo aparece en la revista ACS Materiales e Interfaces Aplicada Sociedad Química Americana.

Se informó por primera vez su capacidad para hacer estructuras de morphing en un molde en el año 2018. Sin embargo, usando la misma química para la impresión en 3D estructuras limitadas a las formas que se sentaron en el mismo plano. Eso significaba sin protuberancias u otras curvaturas complejas podrían ser programados como la forma alternativa.

La superación de esta limitación para desacoplar el proceso de impresión de conformación es un paso significativo hacia materiales más útiles, dijo Verduzco.

"Estos materiales, una vez fabricado, cambian de forma autónoma", dijo Verduzco. "Necesitábamos un método para el control y definir este cambio de forma. Nuestra idea simple era utilizar múltiples reacciones en secuencia para imprimir el material y luego dictar la forma en que iba a cambiar de forma. En lugar de tratar de hacerlo todo en un solo paso, nuestro enfoque da una mayor flexibilidad en el control de las formas iniciales y finales, y también nos permite imprimir estructuras complejas ".

El reto del laboratorio era crear un polímero de cristal líquido "tinta" que incorpora mutuamente conjuntos exclusivos de enlaces químicos entre las moléculas. Uno establece el impreso original de la forma, y ​​la otra se puede ajustar manipulando físicamente el material impreso y secado. Curado de la forma alternativa bajo cerraduras luz ultravioleta en esos enlaces.

Una vez que se establecen las dos formas programadas, el material puede entonces morph atrás y hacia adelante cuando, por ejemplo, se calienta o se enfría.

Los investigadores tuvieron que encontrar una mezcla de polímeros que podrían ser impreso en un baño de catalizador y todavía mantienen su forma original programado.

"Había una gran cantidad de parámetros que tuvimos optimizar, de los disolventes y el catalizador utilizado, el grado de hinchazón, y la fórmula de la tinta, para permitir que la tinta se solidifique rápidamente lo suficiente como para imprimir mientras que no inhibe el accionamiento forma final deseada", dijo Barnes .

Una limitación restante del proceso es la capacidad de imprimir estructuras no compatibles, como columnas. Para ello, sería necesario una solución que los geles sólo lo suficiente para sostenerse a sí mismo durante la impresión, dijo. Ganando esa capacidad permitirá a los investigadores a imprimir mucho más complejas combinaciones de formas.

"El trabajo futuro se optimizar aún más la fórmula impresión y andamio asistida impresión de técnicas para crear actuadores que la transición entre dos formas complejas diferentes, el uso", dijo Barnes. "Esto abre la puerta a la impresión de la robótica suaves que sabían nadar como una medusa, salta como un grillo o el transporte de líquidos, como el corazón."

fuente: Rice University. "Lab makes 4D printing more practical." ScienceDaily. ScienceDaily, 9 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200609130010.htm>.