Você já imaginou estruturas 3D de alta resolução em micro/nanoescala que reagem dinamicamente ao ambiente? A tecnologia de impressão 4D está mudando o jogo ao usar materiais inteligentes que exibem notável deformação de forma em resposta a estímulos externos, mostrando o enorme potencial para uso em biomedicina, eletrônica flexível, robótica suave e aeroespacial.



Mas há um enorme desafio:para que a impressão 4D entre no mundo micro, precisamos de uma tecnologia de impressão 3D de maior resolução, capaz de atingir recursos submicrométricos ou até mesmo de menor escala.

Em publicação no International Journal of Extreme Manufacturing , A equipe do Prof. Qi Ge da Southern University of Science and Technology apresenta uma virada de jogo - tecnologia de impressão 4D baseada em polimerização de dois fótons (baseada em TTP), que pode fabricar alta resolução, variando de 90 nm a 500 nm, e estruturas 3D transformáveis ​​em micro/nanoescala.

Este artigo tem como objetivo resumir os avanços atuais da tecnologia de impressão 4D baseada em TPP e suas aplicações associadas. Começa por elucidar os avanços tecnológicos da impressão 4D baseada em TPP, delineando o seu princípio de funcionamento fundamental e o progresso recente.

Além disso, a revisão resume os avanços alcançados em materiais inteligentes aproveitados para impressão 4D baseada em TPP. Por último, o artigo acentua as aplicações quintessenciais da impressão 4D baseada em TPP, incluindo os domínios dos microrobôs biomédicos, microatuadores bioinspirados, microrobôs móveis autônomos, microrobôs transformáveis ​​e dispositivos antifalsificação.

"A tecnologia TPP capacita a fabricação de micro/nanoestruturas multifuncionais, selecionando materiais fotorresistentes apropriados, adaptados às funções desejadas da aplicação alvo", disse Bingcong Jian, primeiro autor do artigo.

"Esses fotorresistentes especializados permitem a criação de micro/nanoestruturas que exibem propriedades dinâmicas, como capacidade de resposta a estímulos, autoatuação biomimética, mudança de cor e capacidade de transformação de forma, que estão além do alcance dos fotorresistentes comerciais. Os materiais de impressão 4D adequados para TPP são introduzidos de acordo com quatro categorias:materiais magnéticos, polímeros com memória de forma, hidrogéis e elastômeros de cristal líquido."

A impressão 4D é uma transformação programada da estrutura impressa em 3D em forma, propriedade e funcionalidade. Ele pode realizar transformação de forma, multifuncionalidade, automontagem e auto-reparo. É independente da impressora, dependente do tempo e programável. O surgimento da tecnologia de impressão 4D baseada em TPP promete revolucionar vários campos, incluindo robótica, biomedicina e nanotecnologia, num futuro próximo.

As aplicações são classificadas com base em evoluções e mudanças estruturais, como transformação de forma, alteração de cor, mudança de estado e locomoção. Consequentemente, as aplicações potenciais de estruturas impressas em 4D baseadas em TPP podem ser agrupadas em cinco categorias:micromáquinas biomédicas, microatuadores bioinspirados, microrobôs móveis autônomos, dispositivos e robôs transformáveis ​​e microdispositivos antifalsificação.

“À medida que nos aventuramos mais profundamente no domínio da impressão 4D baseada em TPP, nos deparamos com entusiasmo e desafios intrigantes”, observa Qi Ge. “Nosso caminho a seguir envolve enfrentar esses desafios com foco na inovação e na adaptação.

"Uma preocupação primordial é a necessidade de melhorar a nossa capacidade de produção. Para tornar a impressão 4D baseada em TPP uma parte integrante de diversas indústrias, devemos desenvolver equipamentos capazes de dimensionar e lidar com múltiplos materiais em micro/nanoescala. Isto implica uma jornada em direção a maior velocidade de impressão, escalabilidade e precisão Igualmente crítica é nossa busca para otimizar o desempenho do material. Os fotorresistentes que empregamos são a força vital de nossas criações.

"Para alcançar transformações estruturais e excelência funcional, precisamos inovar e refinar fotorresistentes com atributos químicos, térmicos e mecânicos superiores. Esses materiais devem ser robustos, flexíveis e duráveis. No entanto, o cerne de nossos esforços futuros está em nossa metodologia de projeto Estamos explorando maneiras de sintetizar processos, materiais, estrutura e função em uma estrutura de design harmoniosa.

"Essa abordagem aproveita a otimização topológica e o aprendizado de máquina para refinar o processo de impressão, as escolhas de materiais e os projetos estruturais simultaneamente. O resultado é a capacidade de criar micro/nanoestruturas com funcionalidades personalizadas.

"Nossa aspiração é clara. Através de técnicas avançadas de design, pretendemos desbloquear novos horizontes na impressão 4D baseada em TPP. Superar esses desafios não se trata apenas de avanço tecnológico; trata-se de remodelar indústrias e ser pioneiro em aplicações inovadoras. Estamos entusiasmados em embarcar nesta jornada enquanto traçamos o futuro da impressão 4D baseada em TPP."

Mais informações: Bingcong Jian et al, Impressão 4D baseada em polimerização de dois fótons e suas aplicações, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/acfc03
Fornecido por International Journal of Extreme Manufacturing