Il futuro è delle stampanti 4D

Un gruppo di ricercatori australiani ha creato un oggetto capace di cambiare forma nel tempo, aggiungendo la quarta dimensione alla tecnica della stampa 3D.

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Il professor Marc in het Panhuis e il suo assistente Shannon Bakarich sfruttano la stampa 4D per creare dispositivi dinamici. | University of Wollongong/Paul Jones

All'ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science (ACES) dell'Università di Wollongong (Australia) sono riusciti a superare con successo i confini della stampa tridimensionale. In un documento pubblicato su Macromolecular Rapid Communications, il team di ricercatori coordinato dal professor Marc in het Panhuis descrive una valvola "intelligente" utilizzabile in campo medico, prodotta attraverso una tecnica rivoluzionaria (ma non del tutto nuova): la stampa 4D.

 

Perché 4D. Di norma, una stampante tridimensionale sfrutta un modello 3D disegnato al computer per sviluppare una serie di strati in sezione trasversale, che vengono poi stampati l'uno sopra l'altro per generare l'oggetto fisico. Da alcuni anni le straordinarie funzionalità della stampa 3D hanno trovato terreno fertile un po' ovunque, dall'ambito medico a quello aerospaziale, favorendo anche la nascita di una comunità sempre più ampia di maker casalinghi.

 

Gli scienziati dell'ACES hanno pensato di spingersi oltre, aggiungendo la quarta dimensione: il tempo. Più precisamente, l'idea è di progettare oggetti 3D che, una volta stampati, siano in grado di assumere nuove forme in fase di post produzione, sotto l'influenza di stimoli esterni forniti ad esempio dall'acqua o dal calore. La capacità del materiale di evolvere la sua struttura nel tempo fa sì che la tecnica venga definita 4D.

 

La nuova valvola termostatica. L'equipe australiana ha indirizzato i propri sforzi verso la realizzazione di una valvola (un dispositivo che serve a regolare il flusso di fluidi) che si aziona in risposta alla temperatura dell'acqua circostante. È stata creata stampando un idrogel "dinamico", che risulta al tempo stesso flessibile e meccanicamente robusto.

 

«La cosa straordinaria è che si tratta di un dispositivo in grado di funzionare appena uscito dalla stampate», spiega il coordinatore della ricerca, «non è richiesto nessun altro passaggio aggiuntivo».

 

Nella figura: a. Il modello tridimensionale disegnato al computer b. La stampante in azione c. La valvola rimane aperta se l'acqua ha una temperatura di 20° C d. La valvola si chiude quando l'acqua raggiunge la temperatura di 60° C e. Il grafico mostra la quantità di fluido che attraversa la valvola con il trascorrere del tempo, quando la temperatura è settata sui 60° C. | Marc in het Panhuis et al./Macromolecular Rapid Communications

Come funziona. Il congegno dell'ACES è stato progettato per lavorare come un qualunque attuatore, ovvero un sistema capace di trasformare un segnale (di solito elettrico) in movimento. In questo caso l'input è fornito dall'acqua calda: una volta rilevata la sua presenza, la valvola cambia forma chiudendosi in autonomia.

 

L'impatto della stampa 4D può essere particolarmente significativo nel campo della cosiddetta soft-robotics (robotica "morbida"), un'area di ricerca destinata al concepimento di automi flessibili e altamente adattabili, grazie all’utilizzo di materiali deformabili.

 

27 aprile 2015 | Davide Decaroli