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Impresión rotativa de filamentos multimateriales con control de subvoxel

Natalie M Larson ^1,2, Jochen Mueller ^1,2, Alex Chortos ^1,2

⁰Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, MA, USA.

Nature +

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18 de enero de 2023

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Resumen

Los investigadores desarrollaron una nueva plataforma de impresión 3D rotativa multimaterial (RM-3DP) para crear estructuras helicoidales complejas y bioinspiradas. Esta tecnología permite un control preciso sobre el patrón del material y la arquitectura helicoidal para materiales funcionales avanzados.

Área De La Ciencia

Ciencias de los materiales e ingeniería
Fabricación aditiva
Materiales de inspiración biológica

Sus Antecedentes

Las estructuras helicoidales en la naturaleza exhiben propiedades mecánicas únicas y multifuncionalidad.
Los métodos sintéticos existentes para arquitecturas helicoidales carecen de patronaje simultáneo de múltiples materiales y control de subvoxel.
Los enfoques de impresión 3D anteriores han abordado las capacidades multimateriales o de rotación por separado, pero no las han integrado.

Objetivo Del Estudio

Desarrollar una nueva plataforma de fabricación para la creación de filamentos de arquitectura helical de múltiples materiales con control de subvoxel.
Para permitir el patrón preciso de los materiales dentro de las estructuras helicoidales para funcionalidades avanzadas.
Para demostrar la capacidad de la plataforma en la fabricación de dispositivos funcionales y redes jerárquicas.

Principales Métodos

Desarrollo de una plataforma de impresión 3D rotativa multimaterial (RM-3DP).
Utilizando una boquilla multimaterial de rotación continua con una velocidad angular-translacional controlada.
Lograr el control subvoxel sobre la orientación local y la composición del material en filamentos helicoidales.

Principales Resultados

Fabricación exitosa de filamentos helicoidales con ángulo de hélice programable, espesor de capa y área de interfaz.
Creación de músculos artificiales funcionales utilizando actuadores dieléctricos de elastómero con canales conductores incorporados.
Fabricación de celosías jerárquicas con soportes helicoidales arquitectónicos que incorporan resortes rígidos dentro de una matriz compatible.

Conclusiones

La plataforma RM-3DP ofrece un control sin precedentes sobre el diseño y la fabricación de arquitecturas helicoidales complejas.
Este enfoque de fabricación aditiva permite la creación de materiales arquitectónicos multifuncionales con motivos de inspiración biológica.
La tecnología abre nuevas posibilidades para el diseño de materiales avanzados con propiedades mecánicas y funcionales a medida.

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