La stampa in 4D dimetamateriali riconfigurabili, dispiegabili e meccanicamente sintonizzabili

I metamateriali eccezionali sono riconfigurabili e utilizzabili grazie alla stampa 4D

La stampa 3D può consentire infinite innovazioni nel design e nella produzione, ma alcuni designer, ingegneri e ricercatori si sentono costretti dalle qualità fisse, portandoli ad espandersi con la stampa 4D e a sperimentare materiali che possono essere più sintonizzati. Nella ” stampa in 4D metamateriali riconfigurabili, dispiegabili e meccanicamente sintonizzabili “, i ricercatori presentano il meglio di entrambi i reami grazie alla micro stampa 3D con polimeri a memoria di forma. Il risultato sono metamateriali artificiali che sono meccanicamente sintonizzabili e leggeri e possono essere riconfigurati per una varietà di funzioni.

Gli autori sottolineano che i metamateriali sono eccezionali per la creazione di potenti attributi tramite la progettazione microstrutturale, per includere i seguenti tipi di proprietà:

Elettromagnetico
Acustico
Meccanico
Termico
“Le proprietà dei metamateriali meccanici emergono dalla disposizione spaziale 3D degli elementi microstrutturali. Pertanto, una volta prodotte, tali proprietà sono irreversibili. Tuttavia, incorporare un materiale con proprietà modificabili in modo reversibile in un metamateriale potrebbe offrire la flessibilità e l’adattabilità metamateriali, portando alla capacità di modulare significativamente le prestazioni meccaniche in molte applicazioni “, affermano i ricercatori.

Questi tipi di materiali sono già stati esplorati per l’uso in auto di lusso, aerospaziale, ingegneria civile e robotica. Qui, la differenza è che i ricercatori sfruttano una sostanziale transizione di proprietà meccaniche tra gli stati vetrosi e gommosi di un polimero a memoria di forma (SMP) attorno alla sua temperatura di transizione vetrosa (Tg) e la applicano a metamateriali meccanici “.

“La stampa 3D con SMP ha svolto un ruolo centrale nel campo emergente della stampa 4D (stampa 3D di strutture che trasformano la forma), ma l’attenzione è stata principalmente sulle trasformazioni geometriche”, affermano i ricercatori, che offrono uno studio unico sui metamateriali come sfruttano il processo di transizione.

Per creare metamateriali SMP 3D, i ricercatori hanno utilizzato PmSL, una tecnica SLA che produce microstrutture complesse, per includere anche materiali come idrogel reattivi. Durante i test, i materiali sono stati riscaldati allo stato gommoso e quindi ritorti. Una volta abbassata la temperatura, hanno mantenuto la loro forma dopo la rimozione del carico meccanico. Aumentando nuovamente il calore, il microlattice tornò alla sua forma normale.

L’inversione completa alla forma originale è stata la risposta a quasi tutti i test di deformazione, lasciando ai ricercatori la possibilità di fabbricare un “materiale protettivo leggero e leggero” che si trasformi nelle sue condizioni, sia in condizioni rigide che di assorbimento degli urti. Non solo, i ricercatori hanno notato che mentre questi metamateriali possono essere sintonizzati in una varietà di forme che offrono funzionalità diverse a seconda delle esigenze dell’utente, sono stati implementabili a temperature più elevate e hanno mantenuto prestazioni meccaniche “superiori”.

“I nostri microlattici SMP leggeri hanno una capacità di adattamento meccanico senza precedenti a circostanze imprevedibili come il carico esterno variabile e gli ambienti geometricamente complessi”, ha concluso il team di ricerca. “I metamateriali meccanici riconfigurabili e sintonizzabili possono trovare una vasta gamma di applicazioni come interfacce di assorbimento degli shock sintonizzabili, strutture aerospaziali morphing e dispositivi biomedici minimamente invasivi”.

Mentre c’è ancora molto terreno da percorrere nell’ambito della stampa 3D, i ricercatori hanno esplorato il mondo della 4D con risultati affascinanti da tutto il mondo mentre producono metamateriali intelligenti per migliorare le applicazioni industriali, creare materiali multipli e persino origami. disegni -inspired .

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