Investigadores desarrollan nuevos métodos para la impresión 3D de componentes complejos y funcionales para robótica blanda

Investigadores desarrollan nuevos métodos para la impresión 3D de componentes complejos y funcionales para robótica blanda


07.04.2022

(Noticias de Nanowerk) Un equipo de investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) desarrolló un nuevo enfoque cuando utilizaron la tecnología de impresión 3D líquida de forma libre (FL-3DP) para imprimir en 3D componentes más robustos y geométricamente complejos para robótica blanda.

FL-3DP es una tecnología emergente con un alto potencial que permite la impresión 3D de componentes funcionales de múltiples materiales. Utiliza gel como medio de suspensión temporal en el que las tintas se extruyen y se mantienen en su lugar. Una vez que las tintas se han solidificado, el gel se puede lavar fácilmente.

Este enfoque supera dos importantes limitaciones a las que se enfrentan las tecnologías de impresión 3D existentes. En primer lugar, permite la impresión 3D de materiales que tardan mucho tiempo en solidificarse cuando se extruyen. En segundo lugar, debido a su capacidad para contener tintas y mantenerlas en estado líquido, las geometrías avanzadas, como las estructuras sobresalientes, las formas con una relación de aspecto alta o las combinaciones sutiles de varios materiales, ahora se han convertido en una opción viable.

Sin embargo, se descubrió que los primeros FL-3DP tenían capacidades limitadas en la fabricación de componentes avanzados, ya que solo se podían demostrar estructuras de un solo material o formas simples como redes y carcasas. La falta de demostradores más complejos, a pesar de las promesas de esta tecnología, podría explicarse en parte por las dificultades para controlar las interfaces entre las tintas y los sustratos, lo que pone en duda la resolución de impresión.

A través de un estudio en profundidad de las propiedades reológicas y las estabilidades interfaciales entre las tintas y los geles portadores, los investigadores de SUTD pudieron predecir mejor la forma del filamento, lo que resultó en una mejor resolución y fidelidad de impresión. Impresión 3D fluida de forma libre Impresión 3D fluida de forma libre. (Imagen: SUTD)

Este resultado permitió que la tecnología FL-3DP se utilizara por completo mediante la fabricación de componentes complejos basados ​​en elastómeros que combinaban múltiples materiales y ampliaban la gama en estampados geométricos complejos. Su artículo que resume estos hallazgos clave se publicó en Interfaces y materiales aplicados de ACS («Impresión 3D líquida de forma libre de componentes funcionales blandos para robótica blanda»).

Para demostrar las ventajas de FL-3DP sobre los enfoques de fabricación tradicionales, como la fundición y el moldeado, los investigadores diseñaron y fabricaron componentes neumáticos avanzados para aplicaciones robóticas blandas que se utilizan específicamente en pinzas blandas. Al combinar elastómeros rígidos, blandos y funcionales, pudieron controlar con precisión la deformación de los componentes, afinar sus funcionalidades ajustando la fricción de las superficies de agarre blandas o proporcionando capacidades de detección, y prolongar la vida útil de los componentes hasta diez veces en comparación con su contrapartes del elenco tradicional.

Estos resultados son parte de un esfuerzo global para marcar el comienzo de una nueva era para la impresión 3D basada en extrusión mediante el uso de medios de suspensión dedicados. Este enfoque mejorado también brinda a los diseñadores e ingenieros un espacio de diseño más amplio y podría beneficiar muchas aplicaciones, tales como: B. robótica blanda, donde se requieren combinaciones complejas y robustas de una variedad de materiales y funciones.

El equipo ahora está trabajando para ampliar la gama de materiales que se pueden procesar mediante el desarrollo de nuevos medios de suspensión que sean químicamente compatibles con más tintas.

«FL-3DP y otros procesos emergentes de fabricación aditiva basados ​​en extrusión nos acercan cada vez más al objetivo final de la cofabricación directa completa de sistemas funcionales complejos, como robots y otros productos y dispositivos funcionales complejos», dijo el profesor asistente de investigación sénior de SUTD. Pablo Valdivia y Alvarado.



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