Como la tecnología de impresión 3-D se ha convertido en una tecnología de fabricación mainstream, los investigadores industriales y académicos han estado trabajando en una estructura imprimible que se autodestructivamente plegado en formas tridimensionales útiles cuando se calienta o se sumerge en agua.
Investigadores del Laboratorio de Informática e Inteligencia Artificial (CSAIL) del Instituto Tecnológico de Massachusetts informaron sobre una serie de nuevos descubrimientos en un artículo publicado en la Sociedad Americana de Sociedad Química Diario de Materiales Aplicados e Interfaces: Despojado de ella para comenzar a doblar su propia estructura imprimible.
Una de las principales ventajas de un dispositivo que se puede plegar sin ningún estímulo externo es que se pueden aplicar a más materiales y estructuras más finas, dijeron los investigadores.
Una nueva estructura imprimible que comienza a doblarse de la plataforma de impresión Fuente: Massachusetts Institute of Technology
Subramanian Sundaram, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica y graduada en ciencias de la computación del Instituto de Tecnología de Massachusetts, dijo: "Si la gente quiere agregar algunos componentes electrónicos impresos, normalmente usan materiales orgánicos porque la mayoría de los componentes electrónicos impresos dependen de materiales orgánicos Sin embargo, estos materiales suelen ser muy sensibles a la humedad y la temperatura, por lo que si tiene estos componentes electrónicos y piezas deben ser plegadas, ciertamente no quieren sumergirlos en el agua o calor, porque estas operaciones harán el rendimiento de los dispositivos electrónicos reducido significativamente. '
Para ilustrar esta idea, los investigadores construyeron un prototipo de un dispositivo auto-plegable imprimible, que incluyó un cable eléctrico y un polímero transparente 'pixel' de transparente a opaco cuando se aplicó el voltaje.El dispositivo fue Sundaram y sus colegas a principios de este año El anuncio de la deformación del "escarabajo imprimible" comienza a parecerse a la letra H. Sin embargo, cada una de las patas de H se pliega en dos direcciones diferentes en la raíz y en el centro, formando una forma de mesa.
Con el fin de demostrar que pueden controlar con precisión el ángulo de plegado de las articulaciones, los investigadores también hicieron varias versiones diferentes de las mismas bisagras de forma básica, en las que se vieron obligados a enderezar las bisagras fijando las bisagras a la carga y cuando la carga era Cuando se retira, la bisagra volverá a su pliegue original.
Se espera que a corto plazo, la tecnología permita la fabricación de sensores, pantallas o antenas, y la funcionalidad resultante del producto dependerá de su forma tridimensional. A largo plazo, los investigadores creen que también es posible fabricar robots imprimibles.
Sundaram se unió al instructor Wojciech Matusik, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática (EECS) en el Instituto de Tecnología de Massachusetts Marc Baldo es también profesor asociado en EECS, especializado en investigación sobre electrónica orgánica, David Kim es Matt Ryan Hayward es profesor de ciencias poliméricas e ingeniería en la Universidad de Massachusetts Amherst.
Liberación de estrés
Los investigadores La clave de este diseño es un nuevo tipo de material de tinta de impresora que se va a expandir después de la solidificación, y esta característica es inusual.La mayoría de los materiales de tinta de la impresora se contraen ligeramente cuando se cura, lo que es a menudo requerido por el diseñador Las restricciones técnicas sobre la.
El equipo de impresión suele estar estratificado y, en el prototipo de impresión, los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts depositaron el material extendido en la ubicación exacta de las capas superior o inferior y la capa inferior se adhiere ligeramente a la plataforma de la impresora y su adhesión Suficiente para mantener el dispositivo plano cuando se ensambla en capas, sin embargo, una vez que el dispositivo terminado se despega de la plataforma, la unión hecha del nuevo material comenzará a expandirse y doblar el dispositivo en la dirección opuesta.
Como con muchos avances tecnológicos previos, el descubrimiento de este nuevo material es una sorpresa inesperada para los investigadores en ciencias de la computación y laboratorios de inteligencia artificial.Martrick Computer Manufacturing Group utiliza la mayoría del material de la impresora que se compone de combinaciones de polímeros Las macromoléculas consisten en componentes o monómeros monomoleculares encadenados, y los métodos de mezclar estos componentes son un método para crear tintas de impresora con propiedades físicas específicas.
Los investigadores del Laboratorio de Informática e Inteligencia Artificial, en un intento por desarrollar un proceso de tinta de impresión más flexible, golpearon inadvertidamente una tinta ligeramente expandida después del curado, reconocieron inmediatamente el potencial del polímero expandible y empezaron a probar la mezcla La receta se modifica hasta encontrar una receta que puede crear una articulación suficientemente expandida que puede doblar la impresión.
¿Por qué es esto?
La contribución de Hayward a este trabajo es ayudar al equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts a explicar la expansión del material, dando como resultado la expansión más intensa de la tinta, incluyendo varias cadenas moleculares largas y una cadena molecular muy corta, compuesta de acrilato de isooctilo monoacrílico. Cuando la tinta se expone a ultravioleta o curado (típicamente usado para la impresión 3-D para endurecer el material como un material depositado en líquido), el contacto de las moléculas de cadena larga da como resultado un plexo rígido molecular entrelazado.
Plantas como la madreselva (Impatiens, no me tocan) utilizan hábilmente la presión para dispersar la eyección de las semillas.La planta almacena energía en su vaina de semillas mediante el control de la hidratación de los tejidos en forma de presión interna. S Sundaram y sus colegas demostraron el uso de la impresión 3D para producir compuestos planos de electrones con tensiones residuales regionales específicas. Instituto Politécnico
Cuando se deposita otra capa de material en la parte superior de la primera capa, la cadena corta del acrilato de isooctilo se suspende en la parte superior y la capa líquida se hunde en una capa inferior, más rígida, donde se asocian con cadenas más largas Para ejercer una fuerza extendida, que tiene una resistencia temporal a la adhesión de la plataforma de impresión.
Los investigadores esperan que las razones de la expansión del material puede ser una comprensión más teórica, por lo que se pueden basar en aplicaciones específicas para el diseño de materiales, incluyendo muchos polímero impreso de curado será de 1% -3% encogimiento material típico.
"Este trabajo es emocionante porque proporciona una manera de crear dispositivos electrónicos funcionales en objetos tridimensionales", dice Michael Dickey, profesor de ingeniería química en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. "A menudo, el procesamiento electrónico se realiza en un plano 2D, Una superficie plana que proporciona un método para crear un dispositivo electrónico en una superficie 2-D usando una técnica planar más convencional y luego convertirla en una forma tridimensional mientras se mantiene la función del componente electrónico, La manera ingeniosa de generar tensión en el material durante el proceso de impresión.