¿Alguna vez ha fotografiado estructuras 3D de alta resolución a micro/nanoescala que reaccionan dinámicamente a su entorno? La tecnología de impresión 4D está cambiando las reglas del juego mediante el uso de materiales inteligentes que exhiben una notable deformación de la forma en respuesta a estímulos externos, lo que muestra el enorme potencial para su uso en biomedicina, electrónica flexible, robótica blanda y aeroespacial.
Pero hay un gran desafío:para que la impresión 4D entre en el mundo micro, necesitamos una tecnología de impresión 3D de mayor resolución capaz de lograr características submicrométricas o incluso de menor escala.
En una publicación en el Revista Internacional de Fabricación Extrema , el equipo del profesor Qi Ge de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur presenta un punto de inflexión:la tecnología de impresión 4D basada en polimerización de dos fotones (basada en TTP), que puede fabricar alta resolución, que oscila entre 90 nm y 500 nm, y Estructuras 3D transformables a escala micro/nano.
Este artículo tiene como objetivo resumir los avances actuales de la tecnología de impresión 4D basada en TPP y sus aplicaciones asociadas. Comienza aclarando los avances tecnológicos de la impresión 4D basada en TPP, delineando su principio de funcionamiento fundamental y sus avances recientes.
Además, la revisión resume los avances logrados en materiales inteligentes aprovechados para la impresión 4D basada en TPP. Por último, el artículo destaca las aplicaciones por excelencia de la impresión 4D basada en TPP, incluidos los ámbitos de los microrobots biomédicos, los microactuadores bioinspirados, los microrobots móviles autónomos, los microrobots transformables y los dispositivos antifalsificación.
"La tecnología TPP permite la fabricación de micro/nanoestructuras multifuncionales mediante la selección de materiales fotorresistentes apropiados adaptados a las funciones deseadas de la aplicación objetivo", afirmó Bingcong Jian, primer autor del artículo.
"Estos fotorresistentes especializados permiten la creación de micro/nanoestructuras que exhiben propiedades dinámicas como capacidad de respuesta a estímulos, autoactuación biomimética, cambio de color y capacidades de transformación de formas, que están más allá del alcance de los fotorresistentes comerciales. Los materiales de impresión 4D adecuados para TPP se presentan según cuatro categorías:materiales magnéticos, polímeros con memoria de forma, hidrogeles y elastómeros de cristal líquido."
La impresión 4D es una transformación programada de la estructura impresa en 3D en forma, propiedades y funcionalidad. Puede realizar transformación de formas, multifuncionalidad, autoensamblaje y autorreparación. Es independiente de la impresora, dependiente del tiempo y programable. La aparición de la tecnología de impresión 4D basada en TPP promete revolucionar varios campos, incluidos la robótica, la biomedicina y la nanotecnología, en un futuro próximo.
Las aplicaciones se clasifican en función de evoluciones y cambios estructurales, como transformación de formas, alteración de color, cambio de estado y locomoción. En consecuencia, las aplicaciones potenciales de las estructuras impresas en 4D basadas en TPP se pueden agrupar en cinco categorías:micromáquinas biomédicas, microactuadores bioinspirados, microrobots móviles autónomos, dispositivos y robots transformables y microdispositivos antifalsificación.
"A medida que nos adentramos más en el ámbito de la impresión 4D basada en TPP, nos encontramos con entusiasmo y desafíos intrigantes", señala Qi Ge. "Nuestro camino a seguir implica abordar estos desafíos con miras a la innovación y la adaptación.
"Una preocupación primordial es la necesidad de mejorar nuestra capacidad de fabricación. Para hacer que la impresión 4D basada en TPP sea una parte integral de diversas industrias, debemos desarrollar equipos capaces de escalar y manipular múltiples materiales a escala micro/nano. Esto implica un viaje hacia una mayor velocidad de impresión, escalabilidad y precisión. Igualmente crítica es nuestra búsqueda para optimizar el rendimiento del material. Los fotoprotectores que empleamos son el alma de nuestras creaciones.
"Para lograr transformaciones estructurales y excelencia funcional, necesitamos innovar y perfeccionar fotoprotectores con atributos químicos, térmicos y mecánicos superiores. Estos materiales deben ser robustos, flexibles y duraderos. Sin embargo, el corazón de nuestros esfuerzos futuros reside en nuestra metodología de diseño. Estamos explorando formas de sintetizar procesos, materiales, estructuras y funciones en un marco de diseño armonioso.
"Este enfoque aprovecha la optimización topológica y el aprendizaje automático para refinar el proceso de impresión, la elección de materiales y los diseños estructurales simultáneamente. El resultado es la capacidad de crear micro/nanoestructuras con funcionalidades personalizadas.
"Nuestra aspiración es clara. A través de técnicas de diseño avanzadas, pretendemos desbloquear nuevos horizontes en la impresión 4D basada en TPP. Superar estos desafíos no se trata solo de avances tecnológicos; se trata de remodelar industrias y ser pioneros en aplicaciones innovadoras. Estamos emocionados de embarcarnos en este viaje mientras trazamos el futuro de la impresión 4D basada en TPP."
Más información: Bingcong Jian et al, Impresión 4D basada en polimerización de dos fotones y sus aplicaciones, Revista Internacional de Fabricación Extrema (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acfc03
Proporcionado por la Revista Internacional de Fabricación Extrema
