Utilizando componentes hechos de materiales inteligentes con memoria de forma con respuestas ligeramente diferentes al calor, los investigadores han demostrado una tecnología de impresión de cuatro dimensiones que permitió la creación de estructuras complejas auto plegables.
La tecnología, desarrollada por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur SUTD, podría usarse para crear estructuras tridimensionales que se pliegan secuencialmente a partir de componentes planos o enrollados en un tubopara el envío. Los componentes podrían responder a estímulos como la temperatura, la humedad o la luz de forma precisa para crear estructuras espaciales, dispositivos médicos desplegables, robots, juguetes y otras estructuras.
Los investigadores utilizaron polímeros con memoria de forma inteligente SMP con la capacidad de recordar una forma y cambiar a otra forma programada cuando se aplica calor uniforme. La capacidad de crear objetos que cambian de forma en una secuencia controlada con el tiempo se habilita imprimiendo múltiplesmateriales con diferentes propiedades mecánicas dinámicas en patrones prescritos en todo el objeto 3-D. Cuando estos componentes se calientan, cada SMP responde a una velocidad diferente para cambiar su forma, dependiendo de su propio reloj interno.Los objetos D se pueden programar para autoensamblar.
La investigación se informó el 8 de septiembre en la revista Informes científicos publicado por Nature Publishing. El trabajo está financiado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU., La Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. Y la Fundación Nacional de Investigación de Singapur a través del Centro SUTD DManD.
La investigación crea estructuras auto plegables a partir de patrones impresos en 3-D que contienen cantidades variables de diferentes polímeros con memoria de forma inteligente. El diseño, realizado con una impresora 3-D, permite que los componentes planos resultantes tengan una respuesta temporal variable al mismoestímulos: los métodos anteriores requerían la aplicación de calentamiento diferencial en ubicaciones específicas de la estructura plana para estimular los cambios de forma.
"Los esfuerzos anteriores para crear componentes de cambio de forma secuenciales implicaron colocar múltiples calentadores en regiones específicas en un componente y luego controlar el tiempo de encendido y apagado de los calentadores individuales", explicó Jerry Qi, profesor de la Escuela de George W. Woodruff deIngeniería Mecánica en Georgia Tech. "Este enfoque anterior requiere esencialmente controlar el calor aplicado en todo el componente tanto en espacio como en tiempo y es complicado. Cambiamos este enfoque y usamos una temperatura espacialmente uniforme que es más fácil de aplicar y luego explotamos la capacidad dediferentes materiales para controlar internamente su tasa de cambio de forma a través de su diseño molecular "
El equipo demostró el enfoque con una serie de ejemplos que incluyen un mecanismo que se puede cambiar de una tira plana a una configuración bloqueada a medida que un extremo se dobla y se pasa de manera controlable a través de un ojo de cerradura. También demostraron una hoja plana que se puede plegaruna caja tridimensional con solapas entrelazadas. Todos estos ejemplos requieren el control preciso de la secuencia de plegado de diferentes partes de la estructura para evitar colisiones de los componentes durante el plegado.
"Hemos explotado la capacidad de imprimir en 3D polímeros inteligentes e integrar hasta diez materiales diferentes con precisión en una estructura tridimensional", dijo Martin L. Dunn, profesor de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur, quien también esel director del Centro de Diseño y Fabricación Digital de SUTD. "Ahora estamos ampliando este concepto de SMP digitales para permitir la impresión de SMP con propiedades mecánicas dinámicas que varían continuamente en el espacio tridimensional".
El equipo utilizó simulaciones complementarias de elementos finitos para predecir las respuestas de los componentes impresos en 3D, que se hicieron a partir de proporciones variables de dos polímeros de memoria de forma diferentes disponibles comercialmente. También se desarrolló un modelo simplificado de orden reducido paradescriba con precisión la física del proceso de plegado automático.
"Un aspecto importante del auto-plegado es el manejo de las auto-colisiones, donde diferentes partes de la estructura de plegado entran en contacto y luego bloquean el plegado adicional", dijeron los investigadores en su artículo. "Se desarrolla una métrica para predecir colisiones y esse usa junto con el modelo de orden reducido para diseñar estructuras auto plegables que se bloquean en configuraciones estables deseadas ".
El equipo de investigación prevé una amplia gama de aplicaciones para su tecnología. Por ejemplo, un vehículo aéreo no tripulado podría cambiar de forma diseñada para una misión de crucero a una diseñada para una inmersión. También sería posible que los componentes tridimensionales estuvieran plegadosplano o enrollado en tubos para que puedan transportarse fácilmente y luego deformarse en su configuración tridimensional prevista para su uso.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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