La stampa 4D potrebbe consentire la prossima generazione di attuatori pneumatici morbidi?

Sebbene la stampa 3D di attuatori sia un campo di ricerca relativamente nuovo, l’interesse nell’area è cresciuto a causa delle potenziali applicazioni di attuatori altamente personalizzabili, programmabili e su piccola scala nella robotica su micro / mesoscala , inclusi attuatori simili a capelli stampati in 3D . Un’area comune di ricerca è stata quella degli attuatori soft per possibili applicazioni industriali, dove varie tecnologie di stampa 3D – FDM, DLP, SLS, inkjet, Direct Ink Writing (DIW) e piattaforme SLA personalizzate, sono state utilizzate per costruire attuatori multi-materiale con migliori prestazioni, funzionalità, flessibilità di progettazione ed efficienza di produzione.

I metodi di produzione tradizionali per attuatori miniaturizzati nella robotica morbida, nello stampaggio e nella litografia morbida erano limitati e la stampa 3D ha portato diversi vantaggi rispetto a questi. Con la stampa 3D, la libertà di progettazione intrinseca significa che gli attuatori possono essere personalizzati facilmente su scala molto piccola e possono anche essere progettati per imitare accuratamente le architetture bio-ispirate . Le applicazioni sono ora avanzate per includere la stampa 4D , come hanno stabilito in questo studio i ricercatori della Deakin University e della Trent University .

Pubblicato sulla rivista Visual and Physical Prototyping a luglio, lo studio applica le tecnologie di stampa 4D / stampa 3D nella fabbricazione di attuatori pneumatici (SPA) di tipo Soft bending, che rispondono ai cambiamenti della pressione dell’aria. Questi attuatori stampati 4D / 3D sono realizzati utilizzando elastomeri e sono in grado di fornire una gamma di movimenti, come piegare, torsione, rotazione, rotolamento, salto, in risposta a semplici cambiamenti nella pressione dell’aria.

Questi attuatori sono superiori ai robot tradizionali in applicazioni industriali come imballaggi alimentari, raccolta di frutta, esplorazione spaziale o chirurgia non invasiva e forniscono proprietà migliorate in termini di flessibilità, leggerezza, ampiezza e ripetibilità del movimento, facilità ed economicità nella fabbricazione, tra gli altri . Tali metodi di fabbricazione stampati 4D / 3D potrebbero anche potenzialmente consentire la produzione integrata di elettronica incorporata, inclusi sensori (resistivi, capacitivi, chimici o biologici) in materiali elastomerici per fornire meccanismi di controllo per tali SPA miniaturizzate.

La stampa 4D / 3D consente lo sviluppo di tali funzionalità di microscala ad alta risoluzione per applicazioni su microscala sebbene abbia una propria serie di sfide, come osserva lo studio,

La miniaturizzazione e il ridimensionamento delle SPA stampate in 3D / 4D sono altamente desiderabili, in particolare aggiungendo
funzionalità di dimensioni micrometriche per applicazioni pratiche nella manipolazione di oggetti delicati su microscala, ad esempio le cellule. Tuttavia, tale funzionalità dovrebbe essere scalabile in tutti i componenti chiave delle SPA, inclusi i sensori integrati, l’elettronica flessibile e i controller. Tuttavia, la miniaturizzazione delle SPA è vincolata dalla risoluzione delle stampanti 3D e dalle sfide nella stampa 3D come evitare vuoti e canali su microscala.

DIW, una tecnologia di stampa 3D basata sull’estrusione che utilizza resine fotoinduribili, è stata utilizzata per fabbricare una SPA programmabile bio-ispirata con proprietà meccaniche regolabili. L’approccio di fabbricazione che utilizza DIW presentava vantaggi rispetto a FDM, SLA, SLS, inkjet e DLP, producendo pochi vuoti, richiedendo proprietà di rigidità e fatica variabili, maggiore resistenza e allungamento a rottura. Nuovi approcci alla stampa 4D Le SPA hanno sviluppato capacità di vibrazione autoeccitanti o incorporato fibra a soffietto e incorporata nella matrice elastomerica stampata in 3D. In termini di sostenibilità, le SPA stampate in 3D potrebbero essere progettate utilizzando materiali riciclabili per avere un minore impatto ambientale, con parametri ottimizzati per ridurre la sua impronta di carbonio e rifiuti.

Tale ricerca ha aperto una vasta gamma di possibilità nella progettazione, fabbricazione automatizzata , modellazione e controllo di SPA stampate in 4D e, con ulteriori miglioramenti nei materiali, guiderà la strada verso la prossima generazione di attuatori robotici morbidi che consentiranno prestazioni migliori, personalizzazione, nuove applicazioni, efficienza in termini di costi e sostenibilità, rendendo allo stesso tempo più sicure che mai le interazioni uomo-robot.

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