Un team di ricercatori della Carnegie Mellon University ha fatto uso della tecnologia di stampa 3D per creare una gamma impressionante di oggetti 3D auto-pieganti. Il loro metodo di stampa 3D Thermorph sfrutta un difetto comune nella stampa 3D, che è la deformazione in un oggetto di plastica dopo la stampa. Ciò ha permesso al team di utilizzare una stampante 3D FDM desktop relativamente semplice per costruire i propri oggetti auto-pieganti, rendendo il loro approccio molto più conveniente rispetto a approcci simili per la stampa 3D di oggetti “4D” auto-pieganti che sono stati sviluppati in passato.
Quando un oggetto viene stampato in 3D, ci sarà uno stress residuo lasciato all’interno della sua struttura dal processo. Quando l’oggetto si raffredda, questo stress viene alleggerito in un modo che rende il contratto termoplastico, portando a bordi e superfici deformati. La tecnica Thermorph funziona controllando con precisione questo processo, variando la velocità con cui il materiale termoplastico viene depositato e combinando materiali soggetti a deformazioni con materiali gommosi che resistono alla contrattura.
Gli oggetti vengono stampati piatti e quindi posti in acqua calda per innescare il processo di deformazione controllato. In questo modo gli oggetti piatti possono trasformarsi in un numero qualsiasi di oggetti 3D diversi con forme predeterminate in fase di progettazione. Esempi che il team ha creato finora includono un coniglio, una rosa e una barca. Le forme geometriche che stampavano spesso avevano fino a 70 volti.
Il sistema di stampa 3D utilizzato dal team per le strutture Thermorph era di base, ma utilizzava software avanzato sviluppato appositamente per questo compito. Sostituendo il codice open source della stampante, hanno implementato un programma in grado di determinare automaticamente le velocità di stampa e i modelli 3D necessari per ottenere angoli di piegatura particolari e realizzare forme specifiche.
“Il software si basa sulla nuova teoria della piegatura delle curve che rappresenta i movimenti di banding dell’area curva”, ha affermato Byoungkwon An, un affiliato di ricerca presso l’Istituto di interazione uomo-macchina di Carnegie Mellon. “Il software basato su questa teoria può compilare qualsiasi forma di mesh 3D arbitraria su un foglio termoplastico associato in pochi secondi senza intervento umano.”
Il team crede che il loro approccio Thermorph potrebbe risparmiare tra il 60 e l’87% del tempo di stampa richiesto per tutte le forme che hanno testato nel loro studio. Finora è stato dimostrato solo su oggetti più piccoli, ma in futuro potrebbe essere ridimensionato per avere molte applicazioni utili per un certo numero di campi diversi. Prodotti come i mobili a pacchetto piatto possono essere stampati in 3D in modo da poter assumere rapidamente le forme finali con l’aiuto di una pistola termica. I rifugi di emergenza possono anche essere spediti in piano e poi piegati nella forma appropriata sotto il calore del sole. Il costo e la velocità della tecnica indicano che potrebbe essere utile anche per la stampa di prototipi o parti non critiche, come stampi per scafi di imbarcazioni e altri prodotti in vetroresina.
Thermorph è stato uno sforzo collaborativo ei ricercatori della CMU hanno lavorato con ricercatori dell’Università di Zhejiang, Syracuse University, University of Aizu e TU Wien. Lining Yao, assistente professore in Human-Computer Interaction Institute della CMU e direttore del Morphing Matter Lab, presenterà la ricerca al CHI 2018, la conferenza sui fattori umani nei sistemi informatici. Questo è tenuto 21-26 aprile a Montreal, in Canada.
