Zespół badawczy z Uniwersytetu Technicznego w Delft (TU Delft) stworzył drukowane w 3D płaskie struktury, które mogą składać się w stylu origami, tworząc kształty takie jak tulipany. Mechanizm samoczynnego składania opiera się na z góry zaplanowanej sekwencji, co oznacza, że niektóre części są zaprojektowane tak, aby złożyć się wcześniej niż inne.
Jeśli tego typu badania wydają Ci się znajome, to być może dlatego, że MIT zaprezentował drukowany w 3D polimer, który potrafi się złożyć po oderwaniu od platformy.
Niestety, opracowywanie takich materiałów jest zazwyczaj kosztowne. Naukowcy z TU Delft twierdzą jednak, że do stworzenia swoich struktur potrzebowali jedynie desktopowej drukarki 3D i powszechnie dostępnego materiału.
Zespół kierowany przez Amira Zadpoora zaprojektował już w 2016 r. struktury samozwijające się i skręcające. Pierwotne projekty wiązały się jednak z poważnymi wyzwaniami i wymagały dużego nakładu pracy ręcznej.
W swoim projekcie zespół wykorzystał drukarkę 3D Ultimaker 2+ Extended oraz powszechnie stosowany materiał PLA. Ponadto cały proces jest w pełni zautomatyzowany.
„Koszt około 17 euro za kilogram jest bardzo niski. Mimo to stworzyliśmy jedne z najbardziej skomplikowanych kształtów, jakie kiedykolwiek udało nam się uzyskać” – mówi Zadpoor.
Jednym z kluczowych aspektów nowej konstrukcji jest jej z góry zaplanowana sekwencja. Złożone kształty można tworzyć, jeśli pewne części obiektu składają się przed innymi. Naukowcy wykorzystali sekwencyjną zmianę kształtu do zaprogramowania opóźnień czasowych w swoich materiałach poprzez jednoczesne drukowanie i rozciąganie materiałów.
Teunis van Manen, doktorant na uniwersytecie, dodaje:
„Po podgrzaniu pamięć zostaje uwolniona i materiał chce wrócić do stanu pierwotnego”.
Ponadto, aby stworzyć struktury 2D, naprzemiennie zmieniano grubość i zarys włókien materiału.
TU Delft opracowuje drukowane w 3D, samo-składające się obiekty (ale co to oznacza?)
Jednym z ważnych zastosowań badań zespołu może być udoskonalenie implantów kostnych. Dzięki opracowaniu protez o porowatym wnętrzu, komórki macierzyste pacjenta będą mogły przyłączyć się do wnętrza struktury, a nie tylko do jej zewnętrznej części, dzięki czemu implant będzie bardziej wytrzymały.
Samozwijające się materiały drukowane w 3D w stylu origami znajdują również zastosowanie w nanoprojektach, które kierują wzrostem komórek.
Nazywamy je „powierzchniami instruktażowymi”, ponieważ wywierają one pewne siły na komórki macierzyste, skłaniając je do rozwoju w pożądane przez nas komórki”, wyjaśnia Shahram Janbaz, doktorant z TU Delft. „Na przykład kształt filaru może zachęcać komórki macierzyste do przekształcania się w komórki kostne”.
Chociaż implanty kostne są oczywistym wyborem do zastosowania ich badań, zespół ma nadzieję, że odkrycia otwierają drzwi do innych osiągnięć. Zadpoor dodaje, że elektronika drukowana mogłaby potencjalnie wykorzystać tę technikę do wbudowania elektroniki 2D w kształty 3D.
Innym zastosowaniem mogłyby być samoczynnie składające się meble. Wielu z nas rozpacza na myśl o konieczności rozszyfrowania instrukcji obsługi mebla z IKEA. Powitajmy w IKEA arkusze 2D, które po pobudzeniu do działania same składają się w mebel!
„Shape-shifting z pewnością mógłby zmienić wiele z naszych istniejących światów 2D w światy 3D” – dodaje Zadpoor. „Już teraz zgłaszają się do nas osoby zainteresowane pracą z tym rozwiązaniem”.
Żródło: https://all3dp.com
