Lo studio della stampa 4D utilizza la scala di grigi per creare cambi di forma reversibili nei fotopolimeri
La fotopolimerizzazione è un processo che utilizza la luce per combinare le molecole monomeriche per creare un polimero. È la base della stampa 3D e in una dissertazione dal titolo ” Modellazione costitutiva della fotopolimerizzazione e sua applicazione alla stampa 3D “, lo studente di Georgia Tech Jiangtao Wu discute del processo relativo alla stampa 3D e 4D. Come sottolinea Wu, molti materiali fotopolimerizzabili si restringono durante il processo di fotopolimerizzazione, che può indurre stress residui e causare distorsioni e deformazioni nelle parti finali.
“Pertanto la modellazione costitutiva della fotopolimerizzazione è importante per le sue applicazioni”, afferma Wu. “In questa ricerca, la cinetica di reazione di fotopolimerizzazione a radicali liberi e l’evoluzione della proprietà del materiale durante il processo di polimerizzazione sono investigati mediante esperimenti e modelli teorici. Il modello può essere applicato per studiare lo sviluppo dello stress interno delle parti fotoindotte causato dal restringimento del volume durante la fotopolimerizzazione. Il modello costitutivo è stato utilizzato per simulare l’evoluzione della proprietà del materiale e la meccanica durante il processo di stampa 3D di elaborazione digitale della luce (DLP). ”
Attraverso la simulazione FEM, Wu ha calcolato la stampa attraverso l’errore, la distorsione indotta dal restringimento del volume di una struttura stampata DLP 3D e ha confrontato i risultati con gli esperimenti. Inoltre, ha creato un modello teorico semplificato per la stampa 4D in scala di grigi DLP.
“Strutture e dispositivi con cambio di forma reversibile (RSC) sono altamente desiderabili in molte applicazioni come attuatori meccanici, robotica morbida e muscoli artificiali”, afferma Wu. “Il pattern in scala di grigi è stato utilizzato per controllare la distribuzione dell’intensità della luce del proiettore UV in una stampante 3D DLP (Digital Light Processing) in modo che lo stesso tempo di irradiazione fotografica porti a diversi gradi di polimerizzazione e quindi diverse densità di reticolazione in diverse posizioni nel polimero durante Stampa 3D. Dopo aver lisciviato gli oligomeri non induriti all’interno della rete liberamente reticolata, la deformazione della flessione potrebbe essere indotta a causa del restringimento del volume. ”
La deformazione di flessione è stata ridotta se la struttura piegata ha assorbito acetone e gonfiato. Usando questo metodo di stampa 4D, Wu ha creato strutture RSC e studiato il processo utilizzando esperimenti e modellizzazione costitutiva.
“In sintesi, questa dissertazione presenta la modellizzazione costitutiva dell’evoluzione della proprietà del materiale e della meccanica nella fotopolimerizzazione dei radicali liberi e le sue applicazioni alla stampa 3D e alla stampa 4D”, afferma Wu. “Rispetto alla precedente ricerca sul modello della meccanica di fotopolimerizzazione, il modello in questa tesi considera il processo di evoluzione della proprietà materiale dettagliato, la proprietà viscoelastica non lineare del materiale e l’accoppiamento dell’evoluzione della proprietà del materiale e della deformazione meccanica. Pertanto può fornire una migliore comprensione della complessa evoluzione della proprietà del materiale e del processo di accoppiamento meccanico di deformazione. ”
Un metodo di stampa 4D in scala di grigi è stato utilizzato per creare strutture attive. Il pattern in scala di grigi è stato utilizzato per controllare la distribuzione dell’intensità della luce del proiettore UV della stampante DLP 3D, consentendo la creazione di diverse densità di reticolazione nelle parti indurite. Le strutture RSC create da Wu comprendevano la trasformazione del modello reversibile, una struttura autoespandente e schiacciante, un metamateriale ausiliario e una struttura che imitava il fiore di un fiore.
Le domande per la ricerca, secondo Wu, includono materiali compositi, robotica morbida e stent endovascolari.
“Il metodo di stampa in scala di grigi 4D offre un modo semplice ed economico per creare strutture 3D attive”, conclude Wu. “Rispetto alla precedente ricerca sul modello della meccanica di fotopolimerizzazione, il modello in questa tesi considera il processo di evoluzione della proprietà materiale dettagliato, la proprietà viscoelastica non lineare del materiale e l’accoppiamento dell’evoluzione della proprietà del materiale e della deformazione meccanica. Pertanto può fornire una migliore comprensione della complessa evoluzione della proprietà del materiale e del processo di accoppiamento meccanico di deformazione. ”
