Suong Van Hoa, ricercatore presso la Canada University di Concordia, ha compiuto un’importante svolta che dovrebbe indicare la via da seguire per la futura proliferazione della stampa “4D” di materiali compositi. Ha sviluppato una tecnica che consente agli oggetti di essere stampati in 3D in un modo che consenta trasformazioni future dopo la stampa, quando al materiale viene applicato uno stimolo ambientale come la luce o il calore. Un processo di stampa “4D” significa che gli oggetti compositi possono essere stampati senza uno stampo e questa nuova tecnica dovrebbe velocizzare drasticamente e semplificare la costruzione di queste strutture elaborate.
La maggior parte degli oggetti a forma di “4D” sono fatti da un materiale molto più morbido dei materiali compositi che Suong Van Hoa, professore nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Industriale e Aerospaziale della Facoltà di Ingegneria e Informatica di Concordia (ENCS), ha sperimentato . Solitamente tendono ad avere una consistenza gommosa o simile al gel e, dopo la stampa 3D, possono essere applicati a vari meccanismi ambientali come l’umidità o la luce, per creare forme curve più complesse.
I materiali di resina utilizzati per i materiali compositi 4D, d’altra parte, sono molto più rigidi e leggeri. Sono simili ai tipi di materiali utilizzati nell’industria aerospaziale. Van Hoa inizialmente ha avuto la sua idea dal lavoro che stava facendo con le compagnie aerospaziali, creando strutture composite utilizzando l’automazione e la robotica. Questo è ciò che alla fine lo ha portato all’idea di manipolare indirettamente le interazioni tra la struttura e l’ambiente, per eliminare la necessità di uno stampo.
“La stampa 4D ci consente di realizzare strutture composite curve senza la necessità di realizzare stampi curvi”, afferma Van Hoa . “La mia scoperta principale è che si possono realizzare pezzi compositi curvi (fibre continue lunghe che hanno elevate proprietà meccaniche) in modo più rapido ed economico … La stampa 4D di materiali compositi utilizza il ritiro della resina della matrice e la differenza nei coefficienti di contrazione termica di strati con diversi orientamenti delle fibre per attivare il cambiamento di forma dopo l’indurimento e il raffreddamento. ”
Il restringimento di un materiale è ciò che è noto come proprietà anisotropa. L’anisotropia può essere definita come il modo in cui un materiale agisce trasportando carichi lungo diversi assi. Così le fibre di un materiale cambieranno forma in un modo particolare se esposte al calore, per esempio. L’ingegnoso metodo di Van Hoa trasforma la contrazione di un materiale, una proprietà di deformazione normalmente pensata come un problema da superare, nella soluzione di un problema diverso.
In effetti, la sua tecnica consente alla struttura composita di modellarsi, dopo la stampa. Una struttura cambierà forma nel tempo a seconda delle proprietà del materiale, dell’orientamento della fibra, della sequenza di lay-up e del processo di produzione. La pianificazione di questi elementi prima e dopo la stampa consentirà al progettista di programmare una trasformazione desiderabile nell’oggetto.
Tra le altre cose, Van Hoa vede il potenziale per questo tipo di composito stampato “4D” nelle applicazioni aerospaziali avanzate. “Sarebbero utili per strutture spaziali come i satelliti, dove le strutture sono soggette a fluttuazioni estreme di temperatura”, dice. “La struttura può aprirsi durante il giorno (quando la temperatura è alta) per raccogliere l’energia solare e chiudersi di notte per proteggere gli interni.”
Van Hoa ha annunciato la sua ultima scoperta sulla rivista Advanced Manufacturing: Polymer & Composites Science.
