Un studio condotto dalla Pusan National University, in collaborazione con l’Oak Ridge National Laboratory, ha sviluppato il primo inchiostro a base di elastomero a cristalli liquidi smectico (LCE) stampabile in 3D, in grado di modificare l’allineamento molecolare durante la stampa.
I ricercatori dalla Pusan National University, in Corea, in collaborazione con l’Oak Ridge National Laboratory, negli Stati Uniti, ha realizzato il primo inchiostro a base di elastomero a cristalli liquidi smectico (LCE) stampabile in 3D, in grado di modificare l’allineamento molecolare durante la stampa. Il team ha programmato lo stesso filamento stampato in modo che si allungasse o si contraesse quando veniva riscaldato, regolando la velocità o la temperatura di stampa in 3D. Le potenziali applicazioni nella vita reale includono attuatori robotici morbidi e muscoli artificiali, superfici riconfigurabili per display aptici e texture adattive che regolano la resistenza aerodinamica, ma anche dispositivi indossabili e strumenti medici minimamente invasivi in grado di cambiare forma all’occorrenza. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.
Suk-kyun Ahn, a capo del progetto, commenta: “Il nostro lavoro fornisce la prima dimostrazione della possibilità di modificare l’allineamento molecolare tra due direzioni ortogonali utilizzando un singolo inchiostro LCE smettico stampabile in 3D, semplicemente regolando la velocità e la temperatura di stampa”
Stampa 3D con inchiostri a cristalli liquidi smectici
A differenza della stampa convenzionale con elastomeri a cristalli liquidi, che fissa l’allineamento molecolare lungo la direzione di stampa, il nuovo approccio sfrutta il comportamento unico degli inchiostri a cristalli liquidi smectici. La variazione della velocità o della temperatura di stampa muta l’orientamento molecolare tra due direzioni perpendicolari, determinando se il materiale stampato si contrae o si allunga quando riscaldato.
Il team della Pusan National University ha combinato la scrittura diretta dell’inchiostro con misurazioni reologiche, diffusione di raggi X ad ampio angolo e simulazioni di dinamica molecolare per scoprire il meccanismo alla base della commutazione dell’allineamento. Gli scienziati hanno quindi stampato strutture bidimensionali e tridimensionali con modifiche di forma programmabili, tra cui reticoli, strutture curve e topografie superficiali commutabili. I materiali stampati hanno inoltre mantenuto prestazioni stabili attraverso ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento.
Secondo i ricercatori, programmare l’allungamento e la contrazione all’interno dello stesso filamento stampato potrebbe semplificare la progettazione di future macchine morbide, ampliando al contempo le capacità della stampa 4D.
Lo studio della Pusan National University è stato condotto in laboratorio utilizzando una formulazione di elastomero a cristalli liquidi smectici, e sono necessari ulteriori studi per adattare l’approccio ad altri materiali e alla produzione su larga scala: “Nei prossimi cinque-dieci anni, questo lavoro potrebbe consentire agli oggetti stampati in 3D di andare oltre il semplice mantenimento di una forma fissa. Potrebbero invece cambiare attivamente forma ed eseguire funzioni specifiche”, ha aggiunto Ahn.
Secondo gli scienziati della Pusan National University, la strategia di stampa offra una piattaforma versatile per attuatori morbidi di nuova generazione e materiali programmabili a cambiamento di forma.
