la impresión 3D está revolucionando la producción de estructuras livianas, robots blandos y electrónica flexible, pero la tecnología lucha con la integración compleja y multimaterial.
Para imprimir un dispositivo flexible, incluida la electrónica, una impresora 3D debe poder pasar sin problemas de un material flexible que se mueve con sus articulaciones para aplicaciones portátiles, a un material rígido que acomode los componentes electrónicos. También debería sercapaz de incrustar circuitos eléctricos usando múltiples tintas de conductividad y resistividad variables, cambiando con precisión entre ellas. Y, sería ideal hacer todo esto sin detener el proceso de impresión.
La capacidad de integrar materiales y propiedades dispares dentro de los objetos impresos es la próxima frontera en la impresión 3D.
Con este objetivo, los investigadores de Harvard han diseñado nuevos cabezales de impresión multimateriales que mezclan e imprimen tintas viscoelásticas concentradas que permiten el control simultáneo de la composición y la geometría durante la impresión. Utilizando mezcla activa y boquillas de cambio rápido, estos nuevos cabezales de impresión cambian la composición del material en elvolar y podría allanar el camino para dispositivos portátiles totalmente impresos en 3D, robots blandos y dispositivos electrónicos.
La investigación fue dirigida por Jennifer A. Lewis, la profesora Hansjörg Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard y un miembro de la Facultad del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica enHarvard. El trabajo fue publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS.
La mezcla de fluidos complejos es fundamental para imprimir una amplia gama de materiales. Pero la mayoría de los enfoques de mezcla son pasivos, en donde dos corrientes de fluidos convergen en un solo canal donde se someten a una mezcla difusiva. Este método funciona bien con fluidos de baja viscosidad, pero esineficaz con fluidos de alta viscosidad, como geles, especialmente en pequeños volúmenes en escalas de tiempo cortas.
Para abordar este desafío, Lewis diseñó un nuevo cabezal de impresión multimaterial basado en la mezcla activa, junto con Thomas Ober, investigador postdoctoral de investigación en el Instituto Wyss; y Daniele Foresti, becario postdoctoral de la Sociedad de Ciencias Branco Weiss. El mezclador activo eficientementemezcla una amplia gama de fluidos complejos mediante el uso de un impulsor giratorio dentro de una boquilla de microescala.
"Las mezclas pasivas no garantizan materiales perfectamente mezclados, especialmente tintas altamente viscosas", dijo Ober, el primer autor del artículo. "Desarrollamos un marco racional, y lo verificamos experimentalmente, para diseñar mezcladores microfluídicos activos que puedan mezclar unamplia variedad de materiales "
El equipo utilizó este conocimiento para crear cabezales de impresión de mezcla activos para modelar materiales heterogéneos en tres dimensiones.
El equipo de investigación demostró varios usos de su tecnología de mezcla activa. Mostraron que los elastómeros de silicona pueden imprimirse sin problemas en arquitecturas gradientes compuestas de regiones blandas y rígidas. Estas estructuras pueden encontrar una aplicación potencial en electrónica flexible, dispositivos portátiles y robótica blanda.También imprimieron materiales reactivos, como los epóxicos de dos partes, que generalmente se endurecen rápidamente cuando se combinan las dos partes. Finalmente, mostraron que las tintas conductivas y resistivas se podían mezclar bajo demanda para incrustar circuitos eléctricos dentro de objetos impresos en 3D.
"El trabajo reciente del Grupo Lewis es un avance significativo en el campo de la fabricación aditiva", dijo Christopher Spadaccini, Director del Centro de Materiales, Fabricación y Optimización de Ingeniería en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore ". Al permitir la mezcla dedos materiales muy viscosos sobre la marcha, la promesa de sistemas de materiales mixtos con propiedades mecánicas y funcionales dispares se vuelve mucho más realista. Antes, esto era realmente solo un concepto. Este trabajo será fundamental para aplicaciones que requirieron materiales eléctricos y estructurales integrados ".
El laboratorio de Lewis también diseñó recientemente otro cabezal de impresión que puede cambiar rápidamente entre múltiples tintas dentro de una sola boquilla, eliminando los defectos estructurales que a menudo ocurren durante el proceso de inicio y parada del cambio de materiales.
"Este diseño de cabezal de impresión elimina la necesidad de alinear múltiples boquillas, así como iniciar y detener el flujo de tinta a demanda", dijo James Hardin, primer autor de un artículo publicado recientemente en Advanced Materials. Este documento fue coautor de Ober, Researchcompañero Alexander Valentine y Lewis.
"Juntos, estos cabezales de impresión activos de mezcla y cambio proporcionan un avance importante para la impresión 3D multimaterial", dijo Lewis. "Permiten controlar de forma programable tanto la composición como la estructura de los materiales a microescala, abriendo nuevas vías para crear materiales por diseño".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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