INVESTIGACIÓN Y DISEÑO


Hacia una impresión 4D más práctica

12/06/2020

CATEGORíA: Nuevos avances MARCA: Rice University



Los robots blandos y los implantes biomédicos que se reconfiguran a demanda están más cerca de la realidad con una nueva forma de imprimir materiales que cambian de forma.


Rafael Verduzco y Morgan Barnes, estudiante de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice, han desarrollado un método para imprimir objetos que pueden manipularse para tomar formas alternativas cuando se exponen a cambios de temperatura, corriente eléctrica o estrés.

 

Los investigadores piensan en ello como una impresión 4D reactiva y el trabajo aparece en la revista American Chemical Society ACS Applied Materials and Interfaces.

 

Primero informaron de su capacidad para hacer estructuras de transformación en un molde en 2018. Pero usando la misma química para imprimir en 3D estructuras limitadas a formas que se encontraban en el mismo plano. Eso significaba que no se podían programar protuberancias u otras curvaturas complejas como la forma alternativa.

 

Superar esa limitación para desacoplar el proceso de impresión de la conformación es un paso significativo hacia materiales más útiles, dijo Verduzco.

 

"Estos materiales, una vez fabricados, cambiarán de forma autónoma", afirma Verduzco. “Necesitábamos un método para controlar y definir este cambio de forma. Nuestra idea simple era usar múltiples reacciones en secuencia para imprimir el material y luego dictar cómo cambiaría su forma. En lugar de intentar hacer todo esto en un solo paso, nuestro enfoque brinda más flexibilidad para controlar las formas iniciales y finales y también nos permite imprimir estructuras complejas".

 

El desafío del laboratorio era crear una "tinta" de polímero de cristal líquido que incorpora conjuntos mutuamente excluyentes de enlaces químicos entre las moléculas. Uno establece la forma impresa original, y el otro se puede configurar manipulando físicamente el material impreso y secado. Curar la forma alternativa bajo bloqueos de luz ultravioleta en esos enlaces.

 

Una vez que se configuran las dos formas programadas, el material puede transformarse de un lado a otro cuando, por ejemplo, se calienta o enfría.

 

El ingeniero de RICE Rafael Verduzco y la estudiante Morgan Barnes lideraron el desarrollo de un método para imprimir materiales en 3D que se transforman de una forma a otra mediante la aplicación de temperatura, corriente eléctrica o estrés. Foto de Jeff Fitlow

 

Los investigadores tuvieron que encontrar una mezcla de polímeros que pudiera imprimirse en un baño de catalizador y aún así mantener su forma programada original.

 

"Hubo muchos parámetros que tuvimos que optimizar, desde los solventes y catalizadores utilizados, hasta el grado de hinchamiento y la fórmula de la tinta, para permitir que la tinta se solidifique lo suficientemente rápido como para imprimir sin inhibir la actuación de la forma final deseada", apunta Barnes . “Una limitación restante del proceso es la capacidad de imprimir estructuras no compatibles, como columnas. Hacerlo requeriría una solución que gelifique lo suficiente para mantenerse durante la impresión. Obtener esa habilidad permitirá a los investigadores imprimir combinaciones de formas mucho más complejas.”

 

"El trabajo futuro optimizará aún más la fórmula de impresión y utilizará técnicas de impresión asistida por andamios para crear actuadores que hagan la transición entre dos formas complejas diferentes", dice Barnes. "Esto abre la puerta a la impresión de robótica suave que podría nadar como una medusa, saltar como un grillo o transportar líquidos como el corazón".

 

Los coautores del artículo son Seyed Sajadi, estudiante graduada de Rice; Shaan Parekh, estudiante de la escuela secundaria John Foster Dulles en Sugar Land, Texas; El científico investigador del arroz Muhammad Rahman; y Pulickel Ajayan, presidente del Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería de Rice, el Profesor de Ingeniería Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson y profesor de química. Verduzco es profesor asociado de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería.

 

La Fundación Welch para la Investigación Química y la División de Ciencias Químicas de la Oficina de Investigación del Ejército apoyaron la investigación.

 

Fuente: www.news.rice.edu

 

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