Investigadores de Dartmouth College han desarrollado una tinta inteligente que convierte estructuras impresas en 3D en objetos que pueden cambiar de forma y color. La innovación promete agregar aún más funcionalidad a la impresión 3D y podría allanar el camino hacia una nueva generación de material impreso.

El avance en el área de la impresión inteligente que cambia de forma, también conocida como impresión 4D, proporciona una alternativa de bajo costo a la impresión de piezas de precisión para usos en áreas que van desde la biomedicina hasta la industria energética.

"Esta técnica da vida a los objetos impresos en 3D, "dijo Chenfeng Ke, profesor asistente de química en Dartmouth. "Si bien muchas estructuras impresas en 3D son solo formas que no reflejan las propiedades moleculares del material, estas tintas aportan moléculas funcionales al mundo de la impresión 3D. Ahora podemos imprimir objetos inteligentes para una variedad de usos ".

Muchos protocolos de impresión 3D se basan en resinas fotopolimerizables y dan como resultado objetos de plástico duro con pero arquitecturas moleculares aleatorias. El nuevo proceso permite a los diseñadores retener alineaciones moleculares específicas y funciones en un material y convierte esas estructuras para su uso en impresión 3D.

Mediante el uso de una combinación de nuevas técnicas en los procesos de preimpresión y posimpresión, los investigadores pudieron reducir los objetos impresos al 1 por ciento de sus tamaños originales y con 10 veces la resolución. Los objetos impresos en 3D pueden incluso animarse para expandirse y contraerse repetidamente mediante el uso de pilares supramoleculares. Con seguidores fluorescentes, se puede hacer que los objetos cambien de color en respuesta a un estímulo externo como la luz.

La capacidad de reducir el tamaño de un objeto después de la impresión mientras conserva las características funcionales y aumenta la resolución permite que las impresoras económicas impriman objetos de alta resolución que antes solo eran posibles con impresoras mucho más sofisticadas.

Según el estudio, que fue seleccionado como papel VIP por Angewandte Chemie , la revista de la Sociedad Química Alemana, la tinta inteligente puede imprimir en bruto, Resolución de 300 micrones, pero el producto final presentaría un ancho de línea mucho más fino de 30 micrones.

"Este proceso puede usar $ 1, 000 para imprimir lo que solía requerir $ 100, 000 impresora, "dijo Ke." Esta técnica es escalable, ampliamente adaptable y puede reducir drásticamente los costos ".

Para crear la tinta inteligente, Los investigadores utilizaron un "vehículo" basado en polímeros que integra sistemas moleculares inteligentes en el gel de impresión y permite la transformación de sus funciones del nanosacle a la macroescala.

Si bien la mayoría de los materiales se endurecen fácilmente durante el proceso de impresión 3D, El nuevo proceso introduce una serie de reacciones posteriores a la impresión que unen los ingredientes activos y retienen la forma de la estructura molecular durante todo el proceso de impresión.

El resultado es un objeto impreso con un diseño molecular que está programado para transformarse:si le proporciona combustible químico, cambia de forma. Si le iluminas con una luz, puede cambiar de color.

"Esto es algo que nunca antes habíamos visto. No solo podemos imprimir objetos en 3D, podemos decirle a las moléculas de esos objetos que se reorganicen a un nivel que sea visible a simple vista después de la impresión. Este desarrollo podría dar rienda suelta al gran potencial para el desarrollo de materiales inteligentes, "Dijo Ke.

Si bien los investigadores creen que la tecnología aún está lejos de los sistemas 3D inteligentes que pueden cambiar dinámicamente su configuración, Los usos actuales de la tecnología podrían ser para imprimir filtros de precisión y dispositivos de almacenamiento. Tiempo extraordinario, Los investigadores esperan que el proceso pueda dar como resultado una nueva clase de objetos impresos en 3D a macroescala que se pueden utilizar para administrar medicamentos o producir reemplazos óseos de alta resolución.

Según el equipo de investigación involucrado en el estudio:"Creemos que este nuevo enfoque iniciará el desarrollo de materiales de impresión 3D basados ​​en moléculas pequeñas y acelerará en gran medida el desarrollo de materiales y dispositivos inteligentes más allá de nuestro alcance actual que son capaces de realizar tareas complejas en respuesta a los estímulos ambientales ".

En el plazo inmediato, los investigadores esperan que las tintas inteligentes sean útiles para los químicos de materiales, Ingenieros de impresión 3D y otros interesados ​​en incorporar materiales funcionales a la impresión 3D.