Con i materiali a memoria di forma la stampa diventa 4D

Con i materiali a memoria di forma la stampa diventa 4D

Al MIT si studia un modo per utilizzare opportuni polimeri in grado di ritornare ad una forma originaria dopo essere stati deformati ed esposti ad un preciso intervallo di temperature

di Andrea Bai pubblicata il , alle 14:48 nel canale Scienza e tecnologia
 

Da una collaborazione tra il MIT e l'University of Technology and Design di Singapore nasce un sistema di stampa 3D capace di realizzare oggetti e strutture a memoria di forma. Si tratta di oggetti che anche dopo essere stati piegati, torti o stirati, ritornano alla forma originale dopo essere stati riscaldati ad una precisa temperatura. I ricercatori sono stati capaci, per alcune strutture, di effettuare stampe molto precise a livello di micron, ovvero ad un decimo circa di quanto è stato ottenuto in altri progetti di ricerca con materiali stampabili a memoria di forma.

Nicholas X. Fang, professore associato di ingegneria meccanica per il MIT, osserva che i polimeri a memoria di forma che sono capaci di trasformarsi in maniera prevedibile e controllata in risposta ad una temperatura possono essere utili per un gran numero di applicazioni in campo ingegneristico e medico. Il processo di stampa di materiali a memoria di forma potrebbe essere considerata una stampa a 4 dimensioni, dal momento che le strutture possono modificarsi nella quarta dimensione, il tempo.

"Il nostro metodo non solo permette di stampare in quattro dimensioni alla scala micrometrica, ma suggerisce un modo per stampare polimeri a memoria di forma che possono essere stirati 10 volte di più rispetto a quelli stampati dalle macchine di stampa 3D commerciali. Questo offre vantaggi per la stampa 4D in un'ampia varietà di applicazioni pratiche, tra cui dispositivi biomedici, strutture aerospaziali e celle solari a cambiamento di forma" osservano i ricercatori.

Per realizzare strutture a memoria di forma il mondo della ricerca ha sempre tenuto in considerazione la stampa 3D dal momento che tale tecnologia permette di progettare strutture su misura con risoluzioni e dettagli relativamente fini e precisi. Le convenzionali stampanti 3D, hanno però solamente la possibilità di progettare strutture con dettagli non più piccoli di qualche millimetro. Fang afferma che questa restrizione rappresenta un limite alla velocità e reattività con cui la struttura torna alla sua forma originale dopo essere stata modificata. Poter realizzare stampe a risoluzione maggiore può consentire di creare oggetti capaci di rispondere agli stimoli esterni nel giro di pochi secondi.

La stampa di strutture a memoria di forma di elevata risoluzione è stata affrontata con un processo basato sulla tecnica della micro-stereolitografia, dove una fonte luminosa viene utilizzata per impressionare un'apposita resina per stratificazioni successive. I ricercatori hanno quindi scandagliato la letteratura scientifica allo scopo di individuare una combinazione ideale di polimeri che consentisse la creazione di un materiale a memoria di forma da impiegare per la stampa. La combinazione di polimeri individuata ha permesso di realizzare un materiale che ritorna alla sua forma originale quando si trova in uno specifico intervallo di temperature, in questo caso tra i 40°C e i 180°C.

I ricercator hanno realizzato varie strutture, come avvolgimenti, fiori e una piccola torre Eiffel in miniatura. Le strutture possono essere stirate fino a tre volte la loro estensione originaria senza che si rompano e una volta esposte alla temperatura corretta tornano alla loro forma originaria nel giro di pochi secondi. Se fosse possibile realizzare queste strutture a risoluzioni ancor maggiori, i tempi di risposta potrebbero accorciarsi significativamente e rientrare nell'ordine di grandezza dei millisecondi.

Per offire una dimostrazione di una semplice applicazione per le strutture a memoria di forma, Fang e i colleghi hanno stampato una piccola pinza morbida a forma di artiglio prensile: le piccole appendici dell'artiglio vengono ripiegate all'indietro e quando la temperatura dell'aria viene portata ad almeno 40 gradi, esse si richiudono sull'oggetto - una piccola vite - che gli ingegneri hanno posto sotto di esso. "Si tratta di un esempio di come è possibile usare materiali morbidi per effettuare piccole manipolazioni. Abbiamo mostrato la possibilità di raccogliere una piccola vite e addirittura uova di pesce e piccole quantità di tofu" hanno spiegato i ricercatori.

Proseguendo nella loro ricerca gli scienziati vorrebbero riuscire ad individuare una giusta combinazione di polimeri per realizzare materiali a memoria di forma in grado di reagire a temperature leggermente più basse, in particolare in un intervallo sovrapponibile a quello delle temperature corporee, così da poter realizzare capsule in grado di rilasciare i principi attivi di un farmaco solamente in occasione dell'insorgenza della febbre.

Un'altra possibile applicazione è stata individuata nel campo delle installazioni di pannelli solari. "Molto spesso si accumula calore eccessivo sul retro dei pannelli solari e questo suggerisce la possibilità di usare materiali a memoria di forma come meccanismo di attuazione per regolare l'angolo di inclinazione delle celle fotovoltaiche. In realtà pensiamo che vi possano essere molte più possibilità applicative di quelle che siamo in grado oggi di immaginare e dimostrare" ha commentato Fang.

3 Commenti
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davide311230 Agosto 2016, 18:33 #1

mah...

vabbè, evoluzione interessante, ma da qui a definirla quarta dimensione mi sembra decisamente off topic. Per quarta dimensione non si intende ben altro... non una deformazione estemporanea controllabile.
SoxxoZ30 Agosto 2016, 22:13 #2
Dimensioni come se piovessero.
7110606 Settembre 2016, 20:25 #3
Originariamente inviato da: davide3112
vabbè, evoluzione interessante, ma da qui a definirla quarta dimensione mi sembra decisamente off topic. Per quarta dimensione non si intende ben altro... non una deformazione estemporanea controllabile.
"Quarta dimensione" e' esattamente il modo in cui si chiama la dimensione temporale.

Purtroppo non conosco bene i dettagli, ma il lavoro di Einstein e Hawkins spiega eloquentemente come il nostro universo in origine avesse quattro dimensioni e come la forza di gravita' abbia trasformato una di queste nella attuale dimensione temporale.

Per cui la dicitura e' del tutto appropriata.

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