Wydajna nowa drukarka 4D przyspiesza drukowanie 3D następnej generacji

Ta wschodząca technologia stanowi wyzwanie, ponieważ do mechanicznego programowania każdego komponentu zwykle potrzebne są długie i skomplikowane etapy przetwarzania końcowego. Poza tym, większość systemów komercyjnych może drukować struktury 4D tylko w jednym materiale.

Drukarka 4D stworzona przez ten zespół badawczy, przy wsparciu HP Inc., National Science Foundation, US Air Force Office of Scientific Research i Northrop Grumman, mogą być wykorzystane do usprawnienia tworzenia struktur, które mogą samodzielnie składać się i zmieniać kształt, używając wielu materiałów.

"Jesteśmy na krawędzi tworzenia nowej generacji urządzeń, które mogą znacznie rozszerzyć praktyczne zastosowania drukowania trójwymiarowego i 4-D. Nasza prototypowa drukarka integruje wiele funkcji, które wydają się upraszczać i przyspieszać procesy stosowane w tradycyjnym drukowaniu trójwymiarowym "- wyjaśnia dr H. Jerry Qi, profesor Wydziału Inżynierii Mechanicznej im. George'a W. Woodruffa w Georgia Institute of Technology ( Georgia Tech). "W rezultacie możemy używać różnych materiałów do tworzenia twardych i miękkich elementów w tym samym czasie, włączać przewodzące przewody bezpośrednio do zmieniających kształt struktur, a docelowo stworzyć scenę dla rozwoju wielu produktów 4-D, które może zmienić nasz świat. " CD3D .

Wcześniej Qi i jego zespół badawczy Georgia Tech współpracowali z naukowcami z Xi'an Jiaotong University i Singapore University of Technology and Design mają drukowane obiekty 4D, takie jak kwiat, który może zamykać płatki, za pomocą źródła ciepła, komercyjnej drukarki 3D i kompozytu wykonanego z akrylu i żywicy epoksydowej. Słyszeliśmy, jak Qi omawia swoją pracę, wskazując na potencjalne zastosowania w świecie rzeczywistym.

Streszczenie brzmi: "Do chwili obecnej hydrożele i polimery z pamięcią kształtu (SMP) to dwa główne aktywne polimery stosowane w druku 4D. Pakiety SMP są stosowane w drukowaniu 4D z wykorzystaniem zarówno komercyjnych, jak i badawczych technologii drukowania opartych na drukowaniu atramentowym z użyciem fotopolimeru i mikroskopii stereolitycznej. Jednak druk 4D z SMP zasadniczo wymaga szeregu czynności, w tym syntezy / przetwarzania przez drukowanie 3D, ogrzewanie, ładowanie mechaniczne, chłodzenie i usuwanie obciążenia. Programowanie termomechaniczne często wymaga specjalnych przyrządów i uchwytów do nakładania obciążeń mechanicznych i dobrze kontrolowanego środowiska termicznego. W tym artykule proponujemy nowe bezpośrednie podejście druku 4D z polimerami z pamięcią kształtu (SMP), w których integrujemy programowanieprzechodzi do procesu drukowania 3D. W rezultacie, element drukowany 3D może bezpośrednio zmieniać kształt po nagrzaniu. Ten drugi kształt w dużej mierze pozostaje stabilny w późniejszych zmianach temperatury, takich jak chłodzenie z powrotem do temperatury pokojowej. Ponadto, trzeci kształt może być zaprogramowany przez obciążenie termomechaniczne, a materiał zawsze powróci do stałego (drugiego) stabilnego kształtu po ogrzaniu. Stworzyliśmy także model teoretyczny, który zawiera kluczowe elementy, w tym zachowania materiałowe podczas fazy przetwarzania / programowania i wdrażania oraz parametry przetwarzania druku 3D. Model został następnie wykorzystany do zaprojektowania skomplikowanych zmian kształtu. "

Nowa drukarka 4D łączy w sobie aerozol, druk atramentowy, bezpośredni zapis atramentowy i technikę druku opartą na ekstruzji i może obsługiwać wiele elastycznych i sztywnych materiałów , w tym hydrożele, elastomery ciekłokrystaliczne, atramenty przewodzące oparte na nanocząstkach srebra i znaczniki SMP. Ta ostatnia jest najczęstszą substancją, jeśli chodzi o druk 4D, ponieważ można ją zaprogramować tak, aby "zapamiętała" pewne kształty i przekształciła się w nie po nagrzaniu.

Dzięki nowej technologii zespołu będą mogli do drukowania wysokiej jakości SMP zdolnych do wprowadzania bardziej skomplikowanych zmian kształtu, które mogłyby wprowadzić nowe funkcjonalne aplikacje 4D. Naukowcy mogą również rzutować zakres białych, szarych lub czarnych odcieni światła, tworząc i utwardzając składnik w bryłę. W zależności od skali szarości świecenia cienia na komponencie, oświetlenie wyzwala reakcję sieciowania, która może zmienić zachowanie obiektu. Ciemniejsze odcienie światła tworzą bardziej miękkie części, a jaśniejsze odcienie tworzą twardsze, co oznacza, że ​​komponenty rozciągają się lub wyginają inaczej niż inne elementy struktury 4D, które są otoczone.

Qi i jego zespół współpracują również z Opieka zdrowotna dla dzieci w Atlancie, aby sprawdzić, czy nowa technologia druku 4D może być wykorzystana do produkcji rąk protetycznych dla dzieci, które urodziły się z uszkodzonymi ramionami.

"Tylko niewielka grupa dzieci ma ten stan, więc nie ma" t dużo go interesuje, a większość ubezpieczeń nie pokrywa kosztów. Ale te dzieci mają wiele wyzwań w codziennym życiu i mamy nadzieję, że nasza nowa drukarka 4-D pomoże im przezwyciężyć niektóre z tych trudności "- powiedziała Qi.