Nuovo metodo di stampa 3D con metamateriali a rigidità programmata

Arriva dagli Usa un nuovo metodo di stampa 3D basato su miscelazione, consegna e scambio di resina in situ e su un sistema di pulizia dei materiali robotizzato per consentire il passaggio della stampante tra metamateriali di consistenza o flessibilità differenti, senza che le proprietà materiali vengano alterate.

La tecnologia di cui il metodo è portatore potrebbe essere utile in varie applicazioni, tra cui la realizzazione di strutture alari degli aeromobili, rivestimenti protettivi, assorbimento di energia, armature flessibile, muscoli artificiali e microrobotica.

Il metodo, chiamato "produzione additiva programmabile multimateriale con consegna di resina integrata", viene descritto nella rivista Scientific Reports.

Il suo creatore, Xiaoyu "Rayne" Zheng, un assistente di ingegneria meccanica presso il College of Engineering di Virginia Tech e membro del Macromolecules Innovation Institute, ha affermato che il sistema di produzione può essere scalato fino ai livelli centimetrici e superiori.

"Usiamo questa nuova tecnica per creare materiali con rigidità programmata - ha detto Zheng in una nota -. Fondamentalmente puoi programmare dove il modulo è distribuito in 3D. Con questa programmazione possiamo ottenere la capacità di morphing per fare allungementi e deformazioni in diverse direzioni".

Con materiale normale, lo stiramento in una direzione causerà il restringimento del materiale nella direzione opposta. Il nuovo processo e design brevettato consente ai progettisti di creare distribuzioni di modulo molto specifiche all'interno di una costruzione per consentire la morphing programmata, in cui l'espansione o il restringimento programmati possono verificarsi in tutto il corpo del materiale.

Processo autopulente

Zheng ha descritto la tecnica come "una produzione additiva basata su robot, un sistema fluidico integrato che ci consente di fornire diversi tipi di inchiostro come materia prima. Il processo è anche autopulente in modo che non vi sia alcuna contaminazione incrociata tra gli inchiostri".

Zheng ha anche detto la stampa 3D dovrebbe essere una tecnologia in cui un dispositivo funzionale viene creato incorporando più materiali senza che vi sia costruzione in eccedenza, come nel caso di utensili, incollaggio, montaggio o saldatura.

"Il raggiungimento di questo obiettivo ci impone di mettere una serie di diverse proprietà del materiale in un'unica piattaforma e collegarle. Il grado aggiunto di libertà di progettazione dei materiali ci consente di ottenere ceppi di morphing negativi, positivi e zero, senza modificare la microarchitettura 3D di un materiale", ha spiegato sempre Zheng nella stessa nota di Virginia Tech.

Nascono i metamateriali

Le tecniche di stampa 3D esistenti hanno capacità limitate nell'incorporare più materiali, con la sfida di creare architetture veramente tridimensionali e complesse con risoluzioni su microscala.

A differenza dei tradizionali materiali stampati in 3D, i metamateriali multimateriale possono avere una rigidità variabile distribuita, da un elastomero morbido a un fragile rigido all'interno della struttura reticolare tridimensionale.

"Noi immaginiamo - ha detto ancora Zheng - che questi concetti di materiale di morphing programmabili possano trovare applicazione in amplificazioni di deformazioni direzionali, elettronica flessibile e progettazione di metamateriali leggeri con rigidità e robustezza su misura”.

Il nuovo spazio di progettazione dei materiali offerto dalla rapida fabbricazione di componenti di materiali dissimili distribuiti all'interno di un'architettura micro-lattice apre nuove dimensioni della stampa 3D di multimateriali con una grande varianza di rigidità.

 

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