Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una técnica que utiliza la luz para hacer que las láminas de plástico bidimensionales (2-D) se curven en estructuras tridimensionales (3-D). como esferas, tubos o cuencos.

El avance se basa en trabajos anteriores del mismo equipo de investigación, que se centró en estructuras tridimensionales autoplegables. El avance clave aquí es que en lugar de hacer que el plástico se doble a lo largo de líneas nítidas, en formas poligonales como cubos o pirámides, los plásticos se doblan y curvan.

Investigadores Michael Dickey, profesor de ingeniería química y biomolecular en NC State, y Jan Genzer, el Profesor Distinguido S. Frank y Doris Culberson en el mismo departamento, fueron los primeros líderes en el campo de las estructuras tridimensionales autoplegables. En su artículo histórico de 2011, Los investigadores describieron una técnica en la que se utiliza una impresora de inyección de tinta convencional para imprimir líneas negras en negrita en una hoja de plástico pretensado. Luego, la hoja de plástico se cortó en un patrón deseado y se colocó bajo una luz infrarroja, como una lámpara de calor.

Las líneas impresas absorbieron más energía de la luz infrarroja que el resto del material, provocando que el plástico se caliente y se contraiga, creando una bisagra que dobla las hojas en formas tridimensionales. Variando el ancho de las líneas impresas, o bisagras, los investigadores pudieron cambiar la distancia y la rapidez con que se pliega cada bisagra. La técnica es compatible con las técnicas de impresión comerciales, como la serigrafía, impresión rollo a rollo, e impresión de inyección de tinta, que son económicos y de alto rendimiento pero intrínsecamente bidimensionales.

Pero ahora están usando un enfoque similar para lograr un resultado muy diferente.

"Al controlar el número de líneas y la distribución de tinta en la superficie del material, podemos producir cualquier número de formas curvas, "dice Dickey, coautor correspondiente de un artículo sobre los plásticos auto-curvados. "Todas las formas usan la misma cantidad de tinta; es simplemente una cuestión de dónde se aplica la tinta en el plástico".

"Nuestro trabajo se inspiró en la naturaleza, porque las formas naturales rara vez incorporan pliegues nítidos, en lugar de optar por la curvatura, "dice Amber Hubbard, estudiante de doctorado en NC State y coautor principal del artículo. "Y encontramos que, para hacer objetos funcionales, a menudo necesitábamos usar una combinación de formas curvas y dobladas.

"Otros investigadores han desarrollado técnicas para crear materiales auto-curvados, pero lo hicieron usando materiales blandos, como hidrogeles, "Agrega Hubbard." Nuestro trabajo es el primer intento de lograr lo mismo utilizando termoplásticos, que son más fuertes y rígidos que los materiales blandos. Eso los hace más atractivos para su uso en la realización de algunas acciones prácticas, como agarrar un objeto ".

"Los materiales con los que estamos trabajando también mantienen su forma, incluso después de que se quita la luz, "dice Russell Mailen, estudiante de doctorado en NC State y coautor principal del artículo. "Eso es una ventaja, debido a que los materiales blandos cambian de forma solo cuando se exponen a un solvente, y una vez que se retiran del solvente pierden su forma ".

Los investigadores también han desarrollado un modelo computacional que se puede utilizar para predecir la forma tridimensional que producirá cualquier patrón de impresión dado.

"Uno de nuestros objetivos es perfeccionar este modelo, que desarrolló Mailen, "Genzer, coautor correspondiente, estados. "Por último, nos gustaría poder ingresar una forma 3D deseada en el modelo y hacer que cree un patrón que podamos imprimir y producir ".

El papel, "Curvatura controlable de láminas de polímero planas en respuesta a la luz, "se publica en la revista Royal Society of Chemistry Materia blanda y fue seleccionado por la revista para aparecer en la portada.