Klasą obiecujących materiałów o takiej funkcjonalności stanowią elastomery ciekłokrystaliczne. Aby w pełni wykorzystać właściwości zmiany kształtu, potrzeba dopasować geometrię wyrobu do zakładanego kierunku odkształceń. Dlatego w celu uzyskania zmiennokształtnych struktur przestrzennych stosuje się druk 3D.
W przypadku druku 3D zmiennokształtnych elastomerów ciekłokrystalicznych metodą ekstruzji filamentu, rozmieszczenie cząstek, determinowane kierunkiem ruchu głowicy, warunkuje zakres odkształceń struktury. Jako że cząstki materiału układają się tylko w jedną stronę, możliwe jest uzyskanie jedynie ograniczonej, jednokierunkowej funkcjonalności zmiany kształtu.
Koreańscy naukowcy z PNU (Pusan National University) przedstawili technikę druku 3D ciekłokrystalicznych elastomerów usieciowanych metodą DIW (direct ink writing) z wykorzystaniem smektycznego tuszu, zmieniającego podczas druku orientację molekularną z wzdłużnej na poprzeczną. Dzięki temu, przy użyciu tego samego materiału możliwe jest otrzymanie wyrobów, które w reakcji na ciepło ulegają albo wydłużeniu, albo skurczeniu – w zależności od odpowiedniej modulacji prędkości drukowania i temperatury ekstruzji.
Potencjał techniki udowodniły próbne wydruki zmiennokształtnych struktur 2D i 3D, w tym siatek lattice, zakrzywionych płaszczyzn i powierzchni o zmiennej topografii. Uzyskane wyroby zachowały stabilną funkcjonalność zmiany kształtu po przejściu wielu cykli ogrzewania i chłodzenia.
Możliwości technologiczne, oferowane przez taką metodologię mogą przyczynić się do postępów w dziedzinie miękkiej robotyki, a także produkcji sztucznych mięśni i urządzeń typu haptic (z interfejsem sensorycznym, wykorzystującym bodźce dotykowe). Adaptacja druku przestrzennego do wyrobu tego rodzaju struktur zmieniających kształt sprawia, iż możemy w tym przypadku mówić o druku 4D. Na razie jednak uzyskanie takich efektów możliwe jest wyłącznie w warunkach laboratoryjnych. Skalowalność produkcji będzie wymagała dalszych badań.
pusan.ac.kr
Lee, JH., Kim, K.P., Ding, L. et al.: Alignment switching in 3D-printed smectic liquid crystal elastomers, Nat Commun, 2026
