Un team di ingegneri meccanici e scienziati dei materiali di varie istituzioni ha sviluppato un metodo di progettazione inversa per migliorare la texture superficiale porosa delle strutture stampate in 3D. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Science, il gruppo descrive come abbia sviluppato triangoli e nastri di dimensioni micrometriche per creare una griglia sulla quale costruire le strutture superficiali.
Nel mondo naturale, l’arrangiamento delle cellule consente la creazione di strutture superficiali porose uniche – foglie, fiori e pelle umana hanno tutte un notevole grado di variabilità superficiale con caratteristiche specifiche, come la capacità di respingere l’acqua. Ricreare tali caratteristiche usando tecnologie come un semplice stampante 3D era impossibile.
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In questo nuovo sforzo, il team di ricerca è arrivato a un passo più vicino alla mimica della natura sviluppando un nuovo modo di rappresentare tali strutture in modo riproducibile.
I ricercatori hanno cercato di replicare il modo in cui le cellule sono disposte creando griglie digitali composte da piccoli triangoli e nastri. Sono arrivati a queste forme usando un metodo di progettazione inversa (teoria della deformazione della trave curva). Hanno quindi sviluppato un’applicazione per generare forme desiderate usando le loro griglie digitali.
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L’applicazione è stata quindi insegnata a creare tali forme usando un algoritmo di apprendimento automatico. Il prodotto finito è stato quindi inviato a una stampante 2D, che ha stampato una trama su una base che poteva essere piegata in forme tridimensionali. Il sistema ha consentito la creazione di una vasta gamma di strutture con superfici altamente porose. Il team ha dimostrato il proprio sistema creando oggetti dal design semplice, come sfere, e progressivamente oggetti più complessi, come un pepe, una formica e un polipo. Hanno anche notato che gli oggetti che vengono creati possono essere realizzati utilizzando una varietà di materiali, come il silicio a singolo cristallo, i metalli, la chitosina e il grafene levigato con laser.
Il gruppo ha finito per creare uno scheletro a forma di lente a contatto che è stato incorporato con sensori. Una volta stampata, la struttura è stata utilizzata per studiare le proprietà elettriche dei neuroni nella parte posteriore dell’occhio.
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Questo sistema di progettazione inversa offre un approccio flessibile e riproducibile per la costruzione di strutture superficiali porose su oggetti stampati 3D ottenendo forme complesse e dettagliate. Il lavoro del team ha aperto la porta a molteplici applicazioni di queste strutture, come materiali catalitici, facendo incetta di liquido, teranostica e bioingegneria.
In sintesi, questo metodo di progettazione inversa potrebbe avere numerose applicazioni in vari campi, tra cui la medicina, la robotica e l’industria aerospaziale. La possibilità di riprodurre strutture superficiali porose con tecniche di stampa 3D potrebbe aprire la strada a nuove scoperte e innovazioni in molti altri campi. Tuttavia, poiché questo metodo è ancora nelle sue prime fasi, ci saranno probabilmente ulteriori ricerche e sviluppi per ottimizzare le tecniche e le applicazioni.
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