Fabbricazione additiva programmabile multimateriale con la consegna di resina integrata

Un team di ricercatori della Virginia Tech University ha sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D su microscala, che utilizza la miscelazione della resina in situ e la robotica alla stampa 3D multimateriale con rigidità programmata, senza contaminare le proprietà. I ricercatori hanno soprannominato il loro nuovo metodo di fabbricazione additiva programmabile multimateriale con la consegna di resina integrata – diciamo che cinque volte più veloce – e potrebbe essere utilizzato in una varietà di applicazioni diverse, come l’attuazione, le strutture di ali di aerei, i muscoli artificiali, l’assorbimento di energia, armatura flessibile , microrobotica e rivestimenti protettivi.

Lo stiramento di materiale normale in una direzione significa che si restringerà nell’altra direzione. Tuttavia, il processo e il design multimateriale brevettati di Virginia Tech consentono di creare specifiche distribuzioni di modulo (flessibilità) in una build, che consente quindi il ritiro o l’espansione programmata in tutto il corpo del materiale; questo è noto come morphing programmato.

Xiaoyu “Rayne” Zheng , che è un assistente professore di ingegneria meccanica presso il College of Engineering dell’università , nonché membro del Macromolecules Innovation Institute , ha spiegato che questo nuovo sistema di produzione su microscala è anche in grado di essere scalato a livelli centimetrici … e anche i livelli superiori.

“Usiamo questa nuova tecnica per creare materiali con rigidità programmata. Fondamentalmente, puoi programmare dove il modulo è distribuito in 3-D. Con questa programmazione possiamo ottenere capacità di morphing – per allungare e deformare in direzioni diverse “, ha spiegato Zheng.

“La tecnica è una produzione additiva basata su robot, un sistema fluidico integrato che ci consente di fornire diversi tipi di inchiostro [resina] come materia prima. Il processo è anche autopulente in modo che non vi sia alcuna contaminazione incrociata tra gli inchiostri. ”
Zheng certamente sa di cosa sta parlando, avendo lavorato con la stampa 3D su scala nanometricain passato. Ha detto che la stampa 3D spera di arrivare a un luogo in cui più materiali possono essere utilizzati per stampare in 3D un dispositivo funzionale senza dover fare affidamento su quantità eccessive di costruzione extra, come la saldatura, l’attrezzatura, l’incollaggio e il montaggio.

“Il raggiungimento di questo obiettivo ci impone di mettere una serie di diverse proprietà del materiale in un’unica piattaforma e collegarle”, ha spiegato Zheng. “Il grado aggiunto di libertà nella progettazione dei materiali ci consente di ottenere ceppi di morphing negativi, positivi a zero, senza modificare la microarchitettura 3-D di un materiale.”
Una struttura a micro traliccio realizzata con materiali diversi. La produzione additiva programmabile multimateriale consente di stampare materiali di diverso modulo senza contaminazione incrociata. [Immagine: Virginia Tech]
Il team ha appena pubblicato un articolo sul loro innovativo metodo di stampa 3D su microscala nella rivista Scientific Reports . Questo nuovo metodo utilizza un sistema di pulizia dei materiali robotizzato in modo che i materiali di diverso modulo possano essere commutati senza causare alcuna contaminazione incrociata tra le proprietà; La nuova tecnica prevede anche la miscelazione, la consegna e lo scambio di resina in situ.

A differenza dei tradizionali materiali stampati 3D con materiali di base simili, i metamateriali multimateriali presentano una rigidità variabile, ad esempio rigidi e rigidi in una struttura reticolare tridimensionale fino a un elastomero morbido. Questo è sicuramente un cambiamento rispetto agli attuali metodi di stampa 3D, che possono avere capacità un po ‘limitate in termini di incorporazione di più materiali in complesse architetture 3D con risoluzioni in microscala.

“Immaginiamo che questi concetti di materiale di morphing programmabili troveranno applicazioni in amplificazioni di deformazioni direzionali, attuazioni, elettronica flessibile e progettazione di metamateriali leggeri con rigidità e robustezza su misura. Il nuovo spazio di progettazione dei materiali offerto dalla rapida fabbricazione di materiali dissimili costituiti all’interno di un’architettura micro-lattice apre nuove dimensioni della stampa 3D di multimateriali con una grande variazione di rigidezza “, ha detto Zheng.

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