Lab faz 4D imprimir mais prático

Rafael Verduzco e alunos formados Morgan Barnes da Escola Brown de Engenharia de Rice desenvolveu um método para imprimir objetos que podem ser manipulados para assumir formas alternativas quando expostos a mudanças de temperatura, a corrente elétrica ou stress.

Os investigadores pensam nisso como a impressão 4D reativa. Seu trabalho aparece no American Chemical Society revista ACS Applied Materials e Interfaces.

Eles primeiro relatou sua capacidade de fazer estruturas morphing em um molde em 2018. Mas utilizando a mesma química para 3D imprimir estruturas limitadas às formas que estavam sentados no mesmo plano. Isso significava sem solavancos ou outras curvaturas complexas poderia ser programada como forma alternativa.

Ultrapassar que limitação para dissociar o processo de impressão a partir de moldagem é um passo significativo para materiais mais úteis, disse Verduzco.

"Estes materiais, uma vez fabricados, vai mudar de forma autônoma", disse Verduzco. "Precisávamos de um método para o controle e definir esta mudança de forma. Nossa ideia simples foi a utilização de múltiplas reações em sequência para imprimir o material e, em seguida, ditar como ele iria mudar de forma. Ao invés de tentar fazer tudo isso em uma única etapa, a nossa abordagem dá mais flexibilidade no controle das formas iniciais e finais e também nos permite imprimir estruturas complexas ".

O desafio do laboratório era criar um polímero de cristal líquido "tinta" que incorpora mutuamente exclusivos conjuntos de ligações químicas entre as moléculas. Uma estabelece a forma original impresso, e o outro pode ser ajustada por meio da manipulação física do material impresso e seco. Curar a forma alternativa sob fechaduras de luz ultravioleta em essas ligações.

Uma vez que as duas formas são definidas programadas, o material pode então metamorfose para trás e para a frente, quando, por exemplo, que é aquecido ou arrefecido.

Os pesquisadores tiveram que encontrar uma mistura de polímeros que podem ser impressas em um banho de catalisador e ainda manter sua forma programada originais.

"Houve uma série de parâmetros, tivemos de otimizar, dos solventes e do catalisador utilizado, o grau de inchaço, e fórmula de tinta, para permitir que a tinta para solidificar rapidamente o suficiente para imprimir enquanto não inibir a actuação forma final desejada," Barnes disse .

Uma limitação restante do processo é a capacidade para imprimir estruturas não suportados, como colunas. Para isso exigiria uma solução que géis apenas o suficiente para se sustentar durante a impressão, disse ela. Ganhar essa capacidade vai permitir aos investigadores para imprimir muito mais combinações complexas de formas.

"Trabalho futuro vai optimizar ainda mais a fórmula impressão e imprimir técnicas para criar actuadores que a transição entre duas formas complexas diferentes, assistida-andaime uso" disse Barnes. "Isso abre a porta para a impressão robótica suaves que poderia nadar como uma água-viva, saltar como um grilo ou transporte líquidos, como o coração."

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