{"id":14068,"date":"2024-07-11T18:07:04","date_gmt":"2024-07-11T16:07:04","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/?p=14068"},"modified":"2024-07-11T18:36:15","modified_gmt":"2024-07-11T16:36:15","slug":"progetti-stampa-4d-110720249","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/progetti-stampa-4d-110720249\/","title":{"rendered":"I progetti di stampa 4D pi\u00f9 interessanti"},"content":{"rendered":"

Mai sentito parlare di stampa 4D? Partendo dalla stampa 3D convenzionale, la stampa 4D<\/a> incorpora un’altra dimensione: il tempo. Ci\u00f2 significa che l’oggetto finale non rimane statico, ma \u00e8 in grado di cambiare forma, colore o dimensione dopo aver ricevuto uno stimolo esterno. Introdotta nel 2013, le origini della stampa 4D risalgono a Sklyar Tibbs del Self-Assembly Lab del MIT, che ancora oggi \u00e8 uno dei pi\u00f9 attivi nei progetti, anche se il campo ha fatto molta strada. Ma quali sono i progetti disponibili? Nel nostro ultimo ranking abbiamo dato un’occhiata ai progetti di stampa 4D pi\u00f9 interessanti che si possono trovare nel settore.<\/p>\n

Mizzou Engineering sviluppa un impianto 4D<\/h3>\n

Nell’ambito di uno studio pubblicato all’inizio di quest’anno, un team di ricercatori di Mizzou Engineering \u00e8 riuscito a sviluppare un impianto medico utilizzando la stampa 4D. L’impianto pu\u00f2 essere completamente personalizzato e promuove anche la rigenerazione dei tessuti molli grazie alla composizione del materiale. Secondo gli scienziati, il fattore decisivo per un’opzione di trattamento personalizzata \u00e8 stata la stampa 4D dell’impianto. La stampa 4D combina la tecnologia di stampa 3D e materiali intelligenti che possono adattare le loro funzioni in determinati contesti. In questo caso, \u00e8 stato utilizzato un elastomero bioriassorbibile a memoria di forma. In questo modo \u00e8 stato possibile affrontare i disturbi del paziente e identificare un trattamento ottimale: “Abbiamo progettato un modello in vitro del paziente e lo abbiamo impiantato per via intravascolare all’interno di un cuore stampato in 3D del paziente per mostrare una prova di concetto di come il materiale sarebbe stato utilizzato per quel problema<\/em>“, spiega Alireza Mahjoubnia, dottorando in ingegneria meccanica. “Il materiale pu\u00f2 cambiare comportamento in base alle condizioni fisiologiche. Abbiamo programmato la sua forma per passare attraverso un catetere e, dopo essere entrato nell’appendice atriale sinistra, pu\u00f2 recuperare la sua forma per tornare a quella originale, mostrando un comportamento a memoria di forma<\/em>“.<\/p>\n

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Crediti: University of Missouri<\/p><\/div>\n

La stampa 4D per la rigenerazione ossea<\/h3>\n

Un altro tra i progetti di stampa 4D nel medicale arriva dalla Cina, dove un gruppo di ricercatori ha studiato la possibilit\u00e0 di creare scaffold biopiezoelettrici 4D intelligenti per la rigenerazione ossea. La piezoelettricit\u00e0 nelle ossa umane \u00e8 un fattore chiave nella rigenerazione ossea. Pertanto, i materiali biopiezoelettrici hanno guadagnato notevole attenzione nella riparazione delle ossa danneggiate. Tuttavia, le strategie di produzione tradizionali incontrano ancora limitazioni nella creazione di scaffold personalizzati, ostacolandone le applicazioni cliniche. I ricercatori hanno dunque indagato gli usi della stampa 3D e 4D per la fabbricazione di scaffold biopiezoelettrici in strutture dalla forma pi\u00f9 complessa. In particolare, gli scaffold 4D possono fornire un tessuto programmabile in funzione del tempo in risposta a stimoli esterni per la rigenerazione ossea. Questi impianti intelligenti che cambiano forma, propriet\u00e0, funzionalit\u00e0 nell’ingegneria tissutale ossea e potrebbero quindi essere utilizzati come impianti di nuova generazione.<\/p>\n

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Materiali piezoelettrici, processi di stampa e potenziali applicazioni per impianti 4D. (Crediti: Annan Chen et al 2023 Int. J. Extrem. Manuf.)<\/p><\/div>\n

Dispositivi 4D che imitano le piante<\/h3>\n

La prossima applicazione della stampa 4D arriva da un gruppo di ricercatori del Wyss Institute e della School of Engineering and Applied Sciences, entrambi istituti dell’Universit\u00e0 di Harvard. Il team ha trovato un modo per imitare i cambiamenti dinamici di piante e fiori in risposta all’umidit\u00e0 e alla temperatura utilizzando compositi in idrogel stampati in 4D. Per ottenere questo risultato, hanno sviluppato un inchiostro fatto di fibre di cellulosa allineate derivate dal legno e configurate secondo il modello matematico della stampa 4D. Questo inchiostro codifica le propriet\u00e0 di espansione e rigidit\u00e0, consentendo di programmare i comportamenti di espansione quando le stampe vengono immerse in acqua. Allo stesso modo, \u00e8 possibile utilizzare diversi materiali inidrogel e sostituire le fibre di cellulosa con altri riempitivi, come quelli conduttivi. Le applicazioni di questo materiale includono dispositivi medici che adottano forme programmate a contatto con i fluidi corporei, tessuti intelligenti, elettronica morbida, sensori e attuatori elettrici.<\/p>\n

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Crediti: Wyss Institute<\/p><\/div>\n

Stampa 4D e robotica<\/h3>\n

La robotica \u00e8 un altro settore in cui la stampa 4D potrebbe essere utile. Ad esempio, i ricercatori Liwen Zhang e Ruirui Quiao dell’Universit\u00e0 del Queensland hanno sviluppato una tecnologia di stampa 4D che crea metalli liquidi per la robotica che cambiano forma utilizzando la luce del vicino infrarosso. I polimeri metallici, che possono svolgere compiti meccanici utilizzando i laser a infrarossi, sono attualmente in fase di ricerca, ma offrono un potenziale per applicazioni aerospaziali e mediche, ad esempio per la produzione di muscoli artificiali. Le resine di stampa sono prodotte utilizzando nanoparticelle metalliche rotonde che reagiscono alla luce infrarossa. In questo modo possono essere controllate e spostate. I nuovi metodi di produzione in laboratorio consentono di creare prodotti flessibili ma anche resistenti. Il dottor Zhang sottolinea che: “La stampa 4D prende la tradizionale stampa 3D e aggiunge una nuova dimensione, quella del tempo. La versatilit\u00e0 di questa tecnologia \u00e8 stata dimostrata dai progetti stampati in 4D che possono piegarsi, afferrare, sollevare e ritornare a forme pre-programmate, superando i limiti di peso. In particolare, il metodo elimina la necessit\u00e0 di cablaggi o circuiti tradizionali, offrendo agli ingegneri la possibilit\u00e0 di modellare nel tempo metalli liquidi intelligenti”<\/em>. La tecnologia sar\u00e0 utilizzata anche per la robotica morbida e le tecnologie correlate per imitare i movimenti e le interazioni naturali.<\/p>\n

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La struttura 4D che viene messa in movimento dalla luce del vicino infrarosso (Crediti: Istituto australiano di bioingegneria e nanotecnologia Universit\u00e0 del Queensland)<\/p><\/div>\n

Stampa 4D per i viaggi nello spazio<\/h3>\n

Zortrax, un produttore di stampanti 3D, ha lavorato per oltre un anno a un progetto di stampa 4D finanziato dall’Agenzia Spaziale Europea per sviluppare meccanismi elettrici utilizzando la stampa 3D per consentire la piegatura, la torsione e lo dispiegamento. Gi\u00e0 nel 2013 erano state studiate strutture inseribili in 4D che si muovevano quando venivano riscaldate. Tuttavia, il progetto presentava molte difficolt\u00e0, in quanto il processo era difficile da controllare e si attivava a 40\u00b0C. Questo problema \u00e8 stato ora risolto utilizzando nuovi materiali, software e stampanti 3D. I materiali utilizzati sono stati i polimeri a memoria di forma, che hanno una temperatura di transizione vetrosa di 75\u00b0C, e il filamento elettricamente conduttivo FIBERFORCE NYLFORCE Conductive, che funge da riscaldatore e innesca l’effetto memoria di forma. Questo processo descrive la capacit\u00e0 di alcuni materiali di tornare alla loro forma originale dopo essere stati deformati. Sono stati scelti anche il software Z-SUITE e la stampante 3D a doppia estrusione M300 Dual, che utilizza un processo di stampa 3D bi-materiale e pu\u00f2 stampare con due teste di stampa contemporaneamente. Il design \u00e8 stato reso elastico per generare una coppia sufficiente a consentire al telaio stampato in 3D di ruotare senza attrito. Questo progresso offre un grande potenziale nei viaggi spaziali, in quanto potrebbe ridurre il peso di antenne o sensori e il processo pu\u00f2 essere applicato anche a meccanismi pi\u00f9 grandi. Il progetto \u00e8 attualmente ancora in fase di ricerca.<\/p>\n

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Crediti: Zortrax<\/p><\/div>\n

Il robot I-Seed<\/h3>\n

I ricercatori dell\u2019Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)<\/a> hanno ideato il soft robot I-Seed con la stampa 4D. Questo robot ispirato ai semi delle piante, \u00e8 in grado di analizzare e monitorare la temperatura e l\u2019umidit\u00e0 del suolo e dell\u2019aria, e di rilevare la presenza di sostanze inquinanti. In particolare, I-Seed \u00e8\u00a0stato costruito imitando il funzionamento di un geranio sudafricano ed \u00e8 in grado di cambiare forma quando assorbe umidit\u00e0. I ricercatori hanno stampato il robot con\u00a0il processo FDM\u00a0con\u00a0polimeri biodegradabili\u00a0a base di policaprolattone. Per progettare I-Seed , hanno imitato le specifiche biomeccaniche della pianta africana in modo che avesse dimensioni e prestazioni il pi\u00f9 vicine possibile a un seme vero.<\/p>\n