Como la impresión tridimensional se ha convertido en una tecnología convencional, la industria y los investigadores académicos han estado investigando estructuras imprimibles que se pliegan en formas tridimensionales útiles cuando se calientan o se sumergen en agua.
en un artículo que aparece en el diario de la American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados , investigadores del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial CSAIL del MIT y sus colegas informan algo nuevo: una estructura imprimible que comienza a plegarse tan pronto como se despega de la plataforma de impresión.
Según los investigadores, una de las grandes ventajas de los dispositivos que se pliegan automáticamente sin ningún estímulo externo es que pueden involucrar una gama más amplia de materiales y estructuras más delicadas.
"Si desea agregar productos electrónicos impresos, generalmente usará algunos materiales orgánicos, porque la mayoría de los productos electrónicos impresos dependen de ellos", dice Subramanian Sundaram, un estudiante graduado del MIT en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, y primeroautor en el documento: "Estos materiales a menudo son muy, muy sensibles a la humedad y la temperatura. Entonces, si tiene estos componentes electrónicos y piezas, y desea iniciar pliegues en ellos, no querrá sumergirlos en agua o calentarlos, porque entonces tu electrónica se va a degradar "
Para ilustrar esta idea, los investigadores construyeron un prototipo de dispositivo imprimible auto-plegable que incluye cables eléctricos y un "píxel" de polímero que cambia de transparente a opaco cuando se le aplica un voltaje. El dispositivo, que es una variación del"goldbug imprimible" que Sundaram y sus colegas anunciaron a principios de este año, comienza a parecerse a la letra "H", pero cada una de las patas de la H se pliega en dos direcciones diferentes, produciendo una forma de mesa.
Los investigadores también construyeron varias versiones diferentes del mismo diseño básico de bisagra, que muestran que pueden controlar el ángulo preciso en el que se pliega una articulación. En las pruebas, enderezaron las bisagras a la fuerza al unirlas a un peso, pero cuando el pesofue retirado, las bisagras volvieron a sus pliegues originales.
A corto plazo, la técnica podría permitir la fabricación personalizada de sensores, pantallas o antenas cuya funcionalidad depende de su forma tridimensional. A largo plazo, los investigadores prevén la posibilidad de robots imprimibles.
Sundaram se une en el papel a su asesor, Wojciech Matusik, profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación EECS en el MIT; Marc Baldo, también profesor asociado de EECS, que se especializa en electrónica orgánica; David Kim, unasistente técnico en el Grupo de Fabricación Computacional de Matusik y Ryan Hayward, profesor de ciencia e ingeniería de polímeros en la Universidad de Massachusetts en Amherst.
alivio del estrés
La clave para el diseño de los investigadores es un nuevo material de tinta de impresora que se expande después de solidificarse, lo cual es inusual. La mayoría de los materiales de tinta de impresora se contraen ligeramente a medida que se solidifican, una limitación técnica que los diseñadores con frecuencia tienen que evitar.
Los dispositivos impresos se construyen en capas, y en sus prototipos los investigadores del MIT depositan su material en expansión en ubicaciones precisas en las pocas capas superiores o inferiores. La capa inferior se adhiere ligeramente a la plataforma de la impresora, y esa adhesión es suficiente para mantenerel dispositivo queda plano a medida que se acumulan las capas. Pero tan pronto como el dispositivo terminado se despega de la plataforma, las juntas hechas del nuevo material comienzan a expandirse, doblando el dispositivo en la dirección opuesta.
Al igual que muchos avances tecnológicos, el descubrimiento del material por parte de los investigadores de CSAIL fue un accidente. La mayoría de los materiales de impresora utilizados por el Grupo de Fabricación Computacional de Matusik son combinaciones de polímeros, moléculas largas que consisten en repeticiones en cadena de componentes moleculares únicos o monómeros.Mezclar estos componentes es un método para crear tintas de impresora con propiedades físicas específicas.
Mientras intentaban desarrollar una tinta que produjera componentes impresos más flexibles, los investigadores de CSAIL inadvertidamente se toparon con uno que se expandió ligeramente después de endurecerse. Inmediatamente reconocieron la utilidad potencial de los polímeros en expansión y comenzaron a experimentar con modificaciones de la mezcla, hasta que llegaronen una receta que les permita construir juntas que se expandan lo suficiente como para doblar un dispositivo impreso por la mitad.
por qué y por qué
La contribución de Hayward al trabajo fue ayudar al equipo del MIT a explicar la expansión del material. La tinta que produce la expansión más contundente incluye varias cadenas moleculares largas y una cadena mucho más corta, compuesta del monómero de acrilato de isooctilo. Cuando una capa della tinta está expuesta a la luz ultravioleta, o "curada", un proceso comúnmente utilizado en la impresión en 3D para endurecer los materiales depositados como líquidos: las largas cadenas se conectan entre sí, produciendo un manto rígido de moléculas enredadas.
Cuando se deposita otra capa del material sobre la primera, las pequeñas cadenas de acrilato de isooctilo en la parte superior, la capa líquida se hunden en la capa inferior, más rígida. Allí, interactúan con las cadenas más largas para ejercer una expansiónfuerza, que la adhesión a la plataforma de impresión resiste temporalmente.
Los investigadores esperan que una mejor comprensión teórica de la razón de la expansión del material les permita diseñar material adaptado a aplicaciones específicas, incluidos los materiales que resisten la contracción del 1-3 por ciento típica de muchos polímeros impresos después del curado.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Larry Hardesty. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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