La impresión 4D está haciendo olas con sus estructuras programáticas y sus reacciones a los estímulos. Esto abre muchas aplicaciones para muchos productos, como estructuras plegables y autoensamblables. Lamentablemente, uno de los problemas actuales que enfrenta la impresión 4D es la falta de materiales. Para remediar esto, los investigadores de la City University of Hong Kong están presentando sus cerámicas impresas en 4D que consisten en una mezcla de polímeros y nanopartículas cerámicas para una impresión cerámica que se puede estirar y reformar.
Inicialmente, el equipo comenzó con una versión imprimible en 3D estirada de los objetos que querían desarrollar. Estos precursores originales sirvieron como buenos puntos iniciales que podrían estirarse hasta 3 veces su tamaño original. Como muchos objetos elásticos, podrían volver a su forma original una vez liberados. A continuación, el equipo colocó estas impresiones minuciosamente probadas para el tratamiento térmico, convirtiéndolas en cerámica.
“ Todo el proceso parece simple, pero no lo es ”, dijo el profesor Lu Jian, el ingeniero mecánico que dirigió la investigación. “ Desde la fabricación de la tinta hasta el desarrollo del sistema de impresión, probamos muchas veces y diferentes métodos. Al igual que exprimir la formación de hielo en un pastel, hay muchos factores que pueden afectar el resultado, que van desde el tipo de crema y el tamaño de la boquilla, hasta la velocidad y fuerza de exprimido, y la temperatura. »
Nanopartículas de cerámica impresas en 4D
Uno de los principales problemas de las cerámicas de impresión 4D es el de los altos puntos de fusión, que las hacen difíciles de deformar. Si bien los plásticos son más fáciles de moldear y contorsionar a un nivel micro, la cerámica puede resultar complicada. El equipo tardó más de dos años y medio en superar las limitaciones de los materiales existentes y desarrollar su sistema de impresión cerámica 4D.
Los investigadores pasaron por dos procesos de configuración diferentes en su estudio. En el primero, imprimieron en 3D los precursores cerámicos junto con el sustrato utilizando tinta novedosa. Estiraron el sustrato usando un dispositivo de estiramiento biaxial. Luego, imprimieron las juntas para conectar los precursores y colocaron el resultado sobre el sustrato estirado. Con el control digital del tiempo y la liberación del sustrato estirado, los materiales se transformaron en la forma que pretendían.
En el segundo proceso, imprimieron el patrón de diseño directamente sobre el precursor de cerámica estirado. Luego se lanzó bajo el control de la programación de computadoras y se sometió al proceso de autotransformación como la versión anterior.
Los investigadores creen que puede tener implicaciones masivas en la forma en que diseñamos componentes electromagnéticos. Ciertas piezas no se adaptan bien a las estructuras metálicas, lo que provoca interferencias magnéticas, por lo que los diseñadores suelen utilizar cerámica en su lugar. De manera similar, podría ser excelente para producir componentes de alta temperatura que cambian de forma en aplicaciones aeroespaciales.
Imagen destacada cortesía de City University of Hong Kong.
