Impression 4D à Singapour: des chercheurs associent des mécanismes conformes à des biopolymères de chitosane

Impression 4D à Singapour: des chercheurs associent des mécanismes conformes à des biopolymères de chitosane

Les chercheurs continuent de passer du domaine 3D au niveau supérieur, cherchant à maîtriser la fabrication complète de structures 4D. Maintenant, une équipe de scientifiques de Singapour explore de nouvelles façons de créer des actionneurs passifs flexibles et programmables, décrivant leurs résultats dans le récent

Pour cette étude, l'équipe de recherche a associé des mécanismes conformes (CM) à des biopolymères de chitosane sensibles à l'eau. Avec CM, les scientifiques ont pu bénéficier d'avantages tels que:

Aucune hystérésis Compacité Facilité de fabrication Simplicité Léger Haute fiabilité Mouvement sans friction et sans usure

Les CM sont bénéfiques aujourd'hui dans des applications telles que:

Implants Robotique douce Structures du bâtiment Recherche spatiale Micro-ingénierie

Travaux antérieurs d'un actionneur passif à base de chitosane avec articulations tournantes

Et bien qu'il y ait une longue liste de

Des matériaux tels que le chitosane, un polymère extrêmement courant, ont été plus souvent utilisés avec l'impression 3D, dans des exemples comme la bioimpression de tissu neuronal. Les matériaux proches du 4D ont été testés et utilisés à plusieurs reprises également avec la robotique douce, les composites renforcés, etc.

Initialement, une conception unique a été créée pour les nœuds de l'actionneur, avec un

Alors qu'ils commençaient à travailler pour créer quatre modèles conformes, les chercheurs ont utilisé de la gaze de coton pour renforcer le chitosane, en le structurant en de minces morceaux de film avec une solution spécifique qui est filtrée, dégazée, puis coulée dans des moules. Ils ont soumis les films à un autre cycle de lavage et de séchage, puis ont commencé à expérimenter avec leurs conceptions, dans le but de faire des progrès dans l'obtention d'une déformation de forme appropriée et programmable.

La flexion doit être suffisamment conforme pour dévier de 9,34 mm sous la charge d'un poids spécifique de 50 g afin d'obtenir le changement de forme ciblé

Nombreuses

Différentes conceptions de flexion dérivées de ressort (a) CMD 1 (b) CMD 2 (c) CMD 3 (d) CMD 4

Simulation FEA pour quatre conceptions CM différentes (a, b, e

Impression 3D du projet de recherche

Impression 3D de l'actionneur (a) Modèle en tranches de l'actionneur avant impression (b) Impression des résultats de CM Design 3

«La déformation totale moyenne entre les deux états de l’actionneur a été calculée à 71,2 mm, mesurée par les changements de hauteur de l’extrémité en porte-à-faux de l’actionneur. Ces 71,2 mm représentent près du tiers de la longueur totale de l’actionneur, ce qui indique la capacité du CM à s’adapter à une amplitude de mouvement relativement importante. La déformation attendue de la simulation 2D était de 95,6 mm, et il est donc évident que le chitosane n’a pas atteint sa capacité de 12,8% comme prévu », ont conclu les chercheurs.

«Il est possible que, même si les films perdent une grande partie de leur rigidité lorsqu’ils sont saturés, la force motrice était encore insuffisante pour provoquer une tension mécanique importante des films. Une solution de contournement potentielle serait de mettre en œuvre un autre élément de traction à l’assemblage qui, ajouté au-dessus du poids propre de l’assemblage, pourrait encourager l’allongement complet des films de chitosane. »

Comparaison de (a) Courbe simulée de l'état sec et humide (b) Résultats physiques de la courbure de l'état sec et humide

Comparaison de courbure sur trois cycles (a) État sec (b) État humide

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