Исследователи MIT разрабатывают методику 3D-печати материалами с эффектом запоминания формы

Исследователи из Массачусетского технологического института при содействии Сингапурского университета технологий и дизайна внесли свою лепту в 3D-печать материалами с эффектом запоминания формы, используя технологию проекторной микростереолитографии. Как объясняют разработчики, полимеры с эффектом запоминания формы, обладающие предсказуемым поведением при нагревании до конкретных температур, идеально подходят для изготовления актуаторов поворотных солнечных панелей и таблеток с активируемой определенной температурой тела доставкой препаратов, а принципы 4D-печати теоретически применимы в любых масштабах.

«Наш метод не только позволяет печатать 4D-структуры на микронной шкале, но и раскрывает возможность печати полимерами с эффектом запоминания формы, способных выдерживать высокое растяжение – в десятки раз выше, чем у деталей, печатаемых на обычных коммерческих принтерах. 4D-печать может найти применение в широком диапазоне практических решений, включая биомедицинские устройства, космические конструкции и солнечные батареи изменяемой формы», – рассказывают разработчики. Стандартные методы 3D-печати не лучшим образом подходят для исследований аддитивного производства из запоминающих форму материалов ввиду недостаточного разрешения. Как рассказывает доцент MIT Николас Фэнг, скорость восстановления первоначальной формы в немалой степени зависит от размера конструкций: «Реальность такова, что при сохранении очень малых размеров такие материалы реагируют очень быстро, в считанные секунды. В качестве примера можно привести цветы, выбрасывающие пыльцу за какие-то миллисекунды. Но это возможно только потому, что размер актуаторов исчисляется микронами».

Николасу Фэнгу и его команде принадлежит заслуга разработки технологии 3D-печати под названием «проекторная микростереолитография». По сути своей это та же DLP-печать, но только с повышенным разрешением. «Мы печатаем за счет засветки, слой за слоем – почти так же, как стоматологи изготавливают реплики зубов. Только мы это делаем с помощью линз высокого разрешения, используемых в полупроводниковой промышленности. Мы умеем получать сложные, детализированные структуры, чьи габариты соизмеримы с диаметром человеческого волоса».Следующим шагом стало создание полимерного композита с необходимыми запоминающими свойствами. После ряда экспериментов была выбрана смесь из гибкого полимера с длинными макромолекулами и более жесткого варианта. Готовый композит обладает отличной устойчивостью к растяжению и сгибанию. Самое же главное то, что при нагревании выше 40°С материал возвращается в изначальную форму, заданную во время печати. Эффект был успешно продемонстрирован на нескольких миниатюрных моделях, включая пружины, цветы и всем знакомую Эйфелеву башню. Любая из этих моделей выдерживает трехкратное растяжение и возвращается в начальную форму за несколько секунд. «Так как мы используем собственные 3D-принтеры с уменьшенным размером пикселей, мы получаем более быструю реакцию, измеряемую секундами. Если же мы сможем добиться еще более миниатюрных масштабов, то и время реакции можно сократить до миллисекунд», – поясняет Фэнг.

Характерным примером можно считать эластичный манипулятор, напоминающий цветок. После печати лепестки отгибаются в открытое положение, а за счет легкого нагревания устройство способно хватать мелкие предметы – болтики, крупинки соевого творога или икринки. Одним из следующих этапов станет создание материалов, изменяющих форму в диапазоне температур, характерных для человеческого организма, что позволит начать разработку специализированных биомедицинских приспособлений.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.