Impresión 4D de hidrogeles controlados por una estructura de bisagra y hinchamiento espacialmente gradiente para robots suaves
Autores: Kameoka, Masanari; Watanabe, Yosuke; Shiblee, MD Nahin Islam; Kawakami, Masaru; Ogawa, Jun; Khosla, Ajit; Furukawa, Hidemitsu; Zhang, Shengyang; Hirai, Shinichi; Wang, Zhongkui
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Impresión 4D de hidrogeles controlados por una estructura de bisagra y hinchamiento espacialmente gradiente para robots suaves
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Impresión
Geles de gradiente
Deformación
Polimerización
Propiedades mecánicas
Simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
En la impresión 4D, se imprimen en 3D estructuras con gradientes en propiedades físicas para aumentar drásticamente la deformación. Por ejemplo, se ha propuesto imprimir estructuras bilaterales con capas pasivas y activas; sin embargo, estos métodos tienen las desventajas de que el material de cada capa se mezcla y el proceso de modelado es complicado. En este trabajo, presentamos un método para crear geles gradientes con diferentes grados de polimerización en el lado expuesto a UV y en el otro lado utilizando un solo material al aumentar simplemente la cantidad de iniciador. Este gel es el primer ejemplo en el que la relación de hinchamiento diferencial entre los dos lados provoca que el gradiente se curve hacia adentro hacia el lado expuesto a UV. Las propiedades mecánicas (relación de hinchamiento y módulo de Young) se midieron en diferentes concentraciones de material y estructuras, y se analizaron y simularon los efectos de cada uno sobre la deformación. Los resultados muestran que agregar una concentración de iniciador de 0.2 (mol/L) o más causa deformación, que aumentar la concentración de entrecruzador por un factor de tres o más incrementa la deformación, y que agregar una estructura de bisagra limita el gel gradiente a una deformación de hasta 90 grados. Así, se encontró que la deformación máxima puede preverse hasta cierto punto mediante simulación. En el futuro, podremos crear estructuras complejas mientras utilizamos simulación.
Descripción
En la impresión 4D, se imprimen en 3D estructuras con gradientes en propiedades físicas para aumentar drásticamente la deformación. Por ejemplo, se ha propuesto imprimir estructuras bilaterales con capas pasivas y activas; sin embargo, estos métodos tienen las desventajas de que el material de cada capa se mezcla y el proceso de modelado es complicado. En este trabajo, presentamos un método para crear geles gradientes con diferentes grados de polimerización en el lado expuesto a UV y en el otro lado utilizando un solo material al aumentar simplemente la cantidad de iniciador. Este gel es el primer ejemplo en el que la relación de hinchamiento diferencial entre los dos lados provoca que el gradiente se curve hacia adentro hacia el lado expuesto a UV. Las propiedades mecánicas (relación de hinchamiento y módulo de Young) se midieron en diferentes concentraciones de material y estructuras, y se analizaron y simularon los efectos de cada uno sobre la deformación. Los resultados muestran que agregar una concentración de iniciador de 0.2 (mol/L) o más causa deformación, que aumentar la concentración de entrecruzador por un factor de tres o más incrementa la deformación, y que agregar una estructura de bisagra limita el gel gradiente a una deformación de hasta 90 grados. Así, se encontró que la deformación máxima puede preverse hasta cierto punto mediante simulación. En el futuro, podremos crear estructuras complejas mientras utilizamos simulación.