Avete mai sentito parlare di stampa 4D?
Il progresso tecnologico non si ferma mai e, la barriera della stampa 3D è già stata abbattuta. Si parla oggi anche di stampa 4D, un’evoluzione dei processi di Additive Manufacturing che comprende anche i materiali impiegati.
Entriamo allora nel dettaglio…
IL PROCESSO DI STAMPA 4D
La stampa 4D utilizza le stesse modalità di stampa 3D, a deposizione di layer, per creare a tutti gli effetti un oggetto fisico.
Ciò che cambia tra i due processi è il fatto che la stampa 4D aggiunge la dimensione della trasformazione nel tempo.
I materiali utilizzati in questi processi innovativi infatti, reagiscono con i parametri ambientali (umiditĂ , temperatura, ecc.) e cambia di conseguenza la sua forma. La capacitĂ di farlo deriva dalla possibilitĂ di creare solidi con distribuzioni molecolari diversificate, consentendo quindi prestazioni multifunzionali senza precedenti.
La stampa 4D rappresenta un progresso relativamente nuovo nella tecnologia di bio-fabbricazione e sta rapidamente emergendo come un nuovo paradigma, in discipline come la bioingegneria, la scienza dei materiali, la chimica e le scienze informatiche.
I MATERIALI SMART
I materiali smart sono tutti quei materiali che reagiscono alle stimolazioni esterne e hanno una o più proprietà . A volte vengono anche chiamati materiali reattivi. Questi oggetti possono cambiare forma o comportamenti con acqua calda, pressione, sostanze chimiche, luce o calore.
Quando gli oggetti realizzati utilizzando questi materiali particolari subiscono degli stimoli, è possibile che acquistino addirittura una forma completamente nuova poiché questi materiali reagiscono al loro ambiente esterno.
MATERIALI ISPIRATI ALLA NATURA
Alcuni ricercatori dell’Università di Bristol e dell’Università di Bath si sono ispirati alla natura. Osservando il comportamento di una pigna immersa in acqua, hanno notato che questa  cambia forma e si ritrae.
Per questo esperimento, i ricercatori hanno lavorato con la cellulosa. La cellulosa è un materiale molto assorbente ed è anche il polimero organico più abbondante sulla terra.
I ricercatori hanno deciso di utilizzare questo materiale, avente un comportamento simile a quello della pigna, per creare un inchiostro, combinando idrogel, particelle di argilla e polpa di cellulosa. Questo esperimento ha portato alla creazione di un materiale intelligente, in grado di reagire agli stimoli.
POLIMERI CHE MANTENGONO LA FORMA
Un polimero a memoria di forma è un materiale intelligente che offre una deformazione elastica molto grande, in risposta a stimoli ambientali. Per cambiare la sua forma e sviluppare la sua elasticità , il materiale deve essere esposto a calore, luce, elettricità , umidità , per esempio.
Questi polimeri a memoria di forma sono realizzati mediante il processo di projection microstereolithography.
APPLICAZIONI DEI MATERIALI SMART
SETTORE MEDICO
La stampa 3D sta compiendo diversi passi avanti anche nell’industria medica. Quale potrebbe essere il ruolo della stampa 4D per l’assistenza sanitaria?
I polimeri a memoria di forma potrebbero essere inseriti all’interno del corpo e reagire ai cambiamenti e alle stimolazioni corporee. E’ possibile ad esempio, creare nuovi antibiotici che reagiscono ai cambiamenti della temperatura corporea.
SETTORE ENERGETICO
Sui pannelli solari, i materiali a memoria di forma funzionerebbero come sensori per rilevare il sole. In questo modo, i pannelli solari potrebbero essere completamente auto-rotanti verso la giusta direzione.
In combinazione alla robotica invece, sarĂ possibile creare pannelli solari totalmente ottimizzati per ottenere la massima energia solare.
SETTORE EDILE
La combinazione di materiali da costruzione tradizionali e materiali intelligenti potrebbe essere una buona soluzione per ottenere strutture in grado di autoripararsi o adattarsi abbastanza rapidamente al loro ambiente. Questo è esattamente ciò a cui stanno puntando i materiali ingegnerizzati della DARPA (ELM): l’uso di biomateriali viventi per l’architettura e l’edilizia!
SETTORE AERONAUTICO E AUTOMOTIVE
Airbus SAS utilizza un materiale “intelligente” che reagisce alla temperatura, per raffreddare i motori a reazione e un’ala che in condizioni aerodinamiche, modifica la sua forma per ridurre la resistenza dell’aria. Ottenere dispositivi che si adattino automaticamente alle condizioni esterne potrebbe essere una risorsa importante per molti settori.