Stampa 4D basata sul controllo: sistemi stampati 4D adattivi

La ricerca internazionale produce nuovi concetti per la stampa 4D basata su controllo nei sistemi adattivi

I ricercatori australiani e britannici si stanno avventurando oltre il già complesso livello di progettazione 3D, rilasciando i risultati del loro recente studio su ” Stampa 4D basata su controllo: sistemi stampati 4D adattivi “. Dato che la stampa 3D ha solo guadagnato slancio, consolidandosi oggi nel mainstream, le caratteristiche tecnologiche hanno continuato ad avanzare, salendo nella 4D e in alcuni casi anche nella 5D.

Sono stati condotti studi sulla stampa 3D, 4D e 5D in applicazioni come la medicina, in futuro è stata prestata grande attenzione all’impatto sull’industria ed è ovvio capire perché i ricercatori sarebbero affascinati dall’analisi approfondita della capacità di lavorare con polimeri a memoria di forma . Proprio come la stampa 3D si è evoluta in una tecnologia dalle mille sfaccettature, anche la stampa 4D sta arrivando. In questo recente studio, i ricercatori hanno lavorato per comprendere meglio la prossima dimensione della fabbricazione digitale:

“La quarta dimensione si riferisce alla risposta dinamica della struttura stampata in 3D in risposta a stimoli controllati come parametri ohmici (corrente e tensione), acqua (assorbimento), calore (pre-deformazione), radiazioni elettromagnetiche (infrarossi), magnetico campo e pH. La stampa 4D può biomimizzare i processi naturali nelle strutture autocostruttive nelle industrie automobilistiche e aerospaziali, nella consegna di farmaci e nei dispositivi medici, nella robotica leggera e in altre applicazioni di ingegneria ”, hanno affermato gli autori.

Alcune applicazioni dei sistemi adattativi a quattro dimensioni (4D). Le immagini dall’alto in basso verso il basso sono riprodotte da [29] con il permesso dell’MDPI, [30] con il permesso del Reparto di Ricerca dell’Università RMIT; Riprodotto con il permesso di [31], Copyright Elsevier, 2015; [32] con il permesso dell’MDPI.

Composizione adattiva di sistemi stampati in 4D

L’obiettivo generale della ricerca era sviluppare un concetto per i sistemi di stampa adattiva 4D, presentato come robot, elettronica intelligente e dispositivi microfluidici. La stampa basata sul controllo è alla base di questi nuovi sviluppi, con l’inclusione di strati stampati in 3D costituiti da sensori, attuatori e un controller.

Integrazione dei sensori nella stampa 4D.

È possibile fare affidamento sui sensori per misurare stress, deformazione, deformazione, accelerazione, temperatura, umidità, sostanze chimiche e altro.

I ricercatori menzionano numerosi sistemi che potrebbero essere sviluppati, dal rilascio di farmaci al gap di banda al rilascio di energia. La robotica leggera è anche un’area di enorme potenziale, in particolare per quanto riguarda l’uso di strumenti per la presa e la manipolazione di oggetti più delicati. Con la combinazione di sensori e attuatori, è possibile creare sistemi autonomi e personalizzati in serie, basandosi su algoritmi di controllo e programmazione innovativi.

Sebbene ci siano materiali disponibili per realizzare sistemi adattativi stampati in 4D, esiste un margine per ulteriori ricerche su materiali meccatromici stampabili in 3D che presentano proprietà variabili rispondenti al meccanismo in diverse condizioni ambientali. Inoltre, la promozione delle ulteriori applicazioni dei sistemi adattativi stampati in 4D in settori chiave, come quello automobilistico, agricolo e aerospaziale, richiede materiali sensibili agli stimoli e stampabili con un’elevata stabilità termica e chimica per funzionare in ambienti corrosivi, ad alta temperatura e ad alta pressione , condizioni ambientali difficili “, hanno affermato i ricercatori.

In termini di conduttività, possono essere adatti anche altri materiali piezoresistivi e piezoelettrici, in particolare con sensori e attuatori di accompagnamento, anche se saranno necessari ulteriori studi per valutare la stampabilità e le prestazioni.

Mentre gli autori sottolineano che molti sistemi stampati in 4D oggi non offrono metodi ecocompatibili, il loro consumo di energia è inferiore rispetto ad altri – e vi è la possibilità di utilizzare materiali più naturali e biodegradabili in futuro – dalla chitina alla cellulosa. Una maggiore riciclabilità dovrebbe diventare più possibile, insieme alla capacità di produrre un’impronta di carbonio minore.

“La necessità di sistemi di stampa adattiva 4D e le loro applicazioni versatili richiedono ulteriori miglioramenti dei materiali 3D sensibili agli stimoli stampabili in termini di sensibilità, resistenza e stabilità, oltre a un FEM più preciso e controller voxelized più veloci basati sulle proprietà morfologiche”, hanno concluso i ricercatori. “Lo sviluppo di tali sistemi aprirà possibilità per applicazioni innovative in campo medico, manifatturiero e agricolo.”

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