Una sola tinta de impresión 3D permite imprimir objetos con diferente rigidez o elasticidad

Un nuevo proceso conocido como “atrapamiento cinético” utiliza calor para cambiar la disposición de los anillos moleculares en una cadena química,

Un “aumento de velocidad” molecular agrega función a la nueva generación de objetos impresos.

Un proceso que utiliza calor para cambiar la disposición de los anillos moleculares en una cadena química crea geles imprimibles en 3D que pueden plegarse, enrollarse o simplemente mantener su forma, según un estudio de Dartmouth.

Los investigadores describen el nuevo proceso como “atrapamiento cinético“.

Los tapones moleculares, o reductores de velocidad, regulan el número de anillos que entran en una cadena de polímero y también controlan la distribución de los anillos.

Cuando los anillos se agrupan, almacenan energía cinética que se puede liberar, al igual que cuando se suelta un resorte comprimido.

Los investigadores del Grupo de materiales funcionales Ke usan calor para cambiar la distribución de los anillos y luego usan la humedad para activar diferentes formas del objeto impreso.

La capacidad de imprimir objetos con diferentes resistencias mecánicas usando una sola tinta podría reemplazar la costosa y lenta necesidad de usar varias tintas para imprimir artículos con diferentes propiedades.

“Este nuevo método utiliza calor para producir y controlar tintas 3D con una variedad de propiedades“, dice Chenfeng Ke, profesor asistente de química e investigador principal del estudio.

“Es un proceso que podría hacer que la impresión 3D de objetos complejos sea más fácil y menos costosa“.

Las tintas de impresión 3D más comunes presentan composiciones moleculares uniformes que dan como resultado objetos impresos con una sola propiedad, como una rigidez o elasticidad deseadas.

La impresión de un objeto con múltiples propiedades requiere el proceso, que requiere mucho tiempo y energía, de preparar diferentes tintas diseñadas para trabajar juntas.

Al introducir un “aumento de velocidad” molecular, los investigadores crearon una tinta que cambia la distribución de los anillos moleculares con el tiempo.

Los anillos desiguales también transforman el material de un polvo a un gel de impresión 3D.

“Este método nos permitió usar la temperatura para crear formas complejas y hacerlas actuar a diferentes niveles de humedad“, dice Qianming Lin, Guarini ’21, primer autor del estudio.

Un video que demuestra la investigación muestra una flor impresa con una tinta 3D producida con el proceso.

Las diferentes partes de la flor impresa tienen diferentes niveles de flexibilidad creados por la disposición de los anillos moleculares.

La mezcla de propiedades permite que los pétalos suaves se cierren cuando se exponen a la humedad, mientras que las partes más firmes de la flor proporcionan estructura.

Imprimir la misma flor utilizando los métodos de impresión 3D actuales conllevaría el desafío adicional de combinar diferentes materiales impresos.

“Las diferentes partes de este objeto provienen de la misma tinta de impresión“, dice Ke.

“Tienen composiciones químicas similares pero diferentes números de anillos moleculares y distribuciones.

Estas diferencias dan al producto resistencias mecánicas drásticamente diferentes y hacen que respondan a la humedad de manera diferente“.

El estudio, publicado en Chem, accede a los estados “metaestables” de retención de energía de las estructuras moleculares hechas de ciclodextrina y polietilenglicol, sustancias comúnmente utilizadas como aditivos alimentarios y ablandadores de heces.

Al instalar los topes de velocidad en el polietilenglicol, los objetos impresos en 3D se convierten en actuadores que responden a la humedad para cambiar de forma.

Según el equipo de investigación, los esfuerzos futuros para refinar la molécula permitirán un control preciso de múltiples estados metaestables, lo que permitirá la impresión de “actuadores de respuesta rápida” y robots blandos que utilicen fuentes de energía sostenibles, como la variación de la humedad.

Los objetos impresos resultantes podrían usarse para dispositivos médicos o en procesos industriales.

Fuente: Dartmouth News