¿Cómo se aplica la impresión 4D?

Aplicaciones de la impresión 4D

ResumenLa impresión 4D se inspira en los diseños de productos incorporados para producir consumibles que responden a los estímulos fabricados por las impresoras 3D comerciales disponibles. Aunque se han realizado avances significativos en el rendimiento de los materiales inteligentes y diferentes estudios se han centrado en nuevas estrategias y mejoras del proceso en la fabricación aditiva típica. En este artículo de revisión propuesto se analizan las disposiciones de los materiales para la impresión 4D, destacando el mecanismo de evolución estructural, el comportamiento de la deformación y su aplicación prospectiva al respecto. Partiendo de una idea generalizada, y del flujo de trabajo fundamental, junto con una manifestación gráfica del concepto de impresión 4D, y la impresión 4D para materiales con memoria de forma (SMMs), se revisan exclusivamente los wearables autoajustables basados en aleaciones con memoria de forma (SMAs). Además, se resumen las capacidades de los mecanismos de los materiales simples y múltiples para el comportamiento de la memoria de forma. Por último, exploramos el potencial de aplicación futura en el contexto siguiente: Prendas de punto basadas en SMA, transformación de alimentos, y sectores relevantes de sabio desarrollo y procedimientos con el avance de los materiales inteligentes. Determinamos nuestra revisión apuntando nuestras direcciones futuras como la tecnología “sueña y hazlo factible”.Resumen gráfico

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La tecnología de impresión 3D existe desde hace casi 30 años. Sin embargo, mientras la industria de la fabricación aditiva sigue descubriendo nuevas aplicaciones, nuevos materiales y nuevas impresoras 3D, está surgiendo otra tecnología.  Se llama Impresión 4D y viene directamente del futuro.  ¿Cómo añadimos la cuarta dimensión a la impresión 3D?    Aunque ya te hemos presentado anteriormente cómo los materiales cambian de forma con esta tecnología, en esta entrada del blog recorreremos juntos la tecnología de la Impresión 4D en sí, e investigaremos su potencial y sus futuras aplicaciones.

La impresión 4D es el proceso a través del cual un objeto impreso en 3D se transforma en otra estructura bajo la influencia de la entrada de energía externa como la temperatura, la luz u otros estímulos ambientales.Esta tecnología forma parte del proyecto del MIT Self-assembly Lab. El objetivo de este proyecto es combinar la tecnología y el diseño para inventar tecnologías de autoensamblaje y materiales programables con el fin de reimaginar la construcción, la fabricación, el ensamblaje de productos y el rendimiento.En el vídeo de arriba, vemos una estructura plana impresa que, una vez colocada en agua caliente, se pliega lentamente en otra estructura. El vídeo de abajo es una prueba del laboratorio de autoensamblaje del MIT que demuestra la funcionalidad de la transformación de formas:    Impresión 4D: Self-Folding Surface Cube from MIT Self-Assembly Lab4D Printing: Cubo de superficie autoplegable del laboratorio de autoensamblaje del MIT

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Los sensores táctiles blandos (STS) combinan la flexibilidad y la capacidad de conversión entre fuerzas mecánicas y señales eléctricas. La impresión 4D se introdujo por primera vez en 2013 y despertó un gran interés debido a sus versátiles funcionalidades en actuadores, músculos artificiales, STS, recolección de energía blanda, redes neumáticas, polímeros electroactivos y electrónica blanda. El uso del concepto de impresión 4D para fabricar CTS es prometedor, pero está en su fase inicial. En la actualidad, los investigadores han utilizado dos tipos de estrategias: una es el uso directo de materiales inteligentes mediante la fabricación por impresión 3D, y la otra es la programación de códigos de componentes y estructuras para crear cambios controlables. Esta revisión resume la investigación reciente sobre la impresión 4D hacia las CTS y analiza las perspectivas futuras de este campo emergente.

En los últimos años, ha habido una tendencia significativa hacia la aplicación de la tecnología de impresión 4D para fabricar diversas CTS. En otras palabras, un número cada vez mayor de investigadores de diferentes ámbitos ha empezado a reconocer la importancia de esta eficaz técnica. Al controlar las posiciones espaciales de diversas especies de materiales para dotar a los productos finales de una nueva funcionalidad transductora mecano-eléctrica, este concepto, sin duda, entra en la definición de impresión 4D. De forma más intuitiva, como se muestra en la Figura 1, el número de publicaciones y citas en este tema se ha disparado rápidamente. Las citas aumentan más bruscamente que las publicaciones. Por lo tanto, se deduce que el futuro de la investigación sobre la impresión 4D combinada con las CTS se impulsará positivamente, lo que generará un interés prometedor en los próximos años.

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La impresión en 4 dimensiones (impresión 4D; también conocida como bioimpresión 4D, origami activo o sistemas de transformación de la forma) utiliza las mismas técnicas de impresión 3D mediante la deposición programada por ordenador de material en capas sucesivas para crear un objeto tridimensional. Sin embargo, en la impresión 4D, la forma 3D resultante es capaz de transformarse en diferentes formas en respuesta a los estímulos del entorno, siendo la 4ª dimensión el cambio de forma dependiente del tiempo después de la impresión[1]. Se trata, por tanto, de un tipo de materia programable, en la que tras el proceso de fabricación, el producto impreso reacciona con los parámetros del entorno (humedad, temperatura, tensión, etc.) y cambia su forma en consecuencia[2].

La estereolitografía es una técnica de impresión en 3D que utiliza la fotopolimerización para unir el sustrato que se ha colocado capa sobre capa, creando una red polimérica. A diferencia del modelado por deposición fundida, en el que el material extruido se endurece inmediatamente para formar capas, la impresión en 4D se basa fundamentalmente en la estereolitografía, en la que, en la mayoría de los casos, se utiliza luz ultravioleta para curar los materiales estratificados una vez finalizado el proceso de impresión[3] La anisotropía es vital para diseñar la dirección y la magnitud de las transformaciones en una condición determinada, disponiendo los micromateriales de manera que haya una direccionalidad incorporada a la impresión final[4][5].