Nuova tecnica di stampa 3D pronta per far avanzare la produzione

Pubblicato:30 maggio 2023

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Gli scienziati hanno sviluppato una tecnica avanzata per la stampa 3D destinata a rivoluzionare l’industria manifatturiera.

Il gruppo, guidato dal dottor Jose Marques-Hueso dell’Institute of Sensors, Signals & Systems presso l’Università Heriot-Watt di Edimburgo, ha creato un nuovo metodo di stampa 3D che utilizza la luce del vicino infrarosso (NIR) per creare strutture complesse contenenti più materiali e colori.

Hanno raggiunto questo obiettivo modificando un processo di stampa 3D ben consolidato noto come stereolitografia per ampliare i confini dell’integrazione multi-materiale. Una stampante 3D convenzionale normalmente applicherebbe un laser blu o UV a una resina liquida che viene poi solidificata selettivamente, strato dopo strato, per costruire l’oggetto desiderato. Ma uno dei principali svantaggi di questo approccio sono stati i limiti nella miscelazione dei materiali.

La novità del nostro nuovo metodo, mai realizzato prima, è quella di utilizzare le finestre di invisibilità NIR dei materiali per stampare a una profondità di oltre 5 cm, mentre la tecnologia convenzionale ha un limite di profondità di circa 0,1 mm.

La differenza in questo ultimo progetto è che gli scienziati utilizzano una sorgente luminosa NIR in grado di stampare a profondità molto maggiori nella vasca di resina e senza la necessità di stampare a strati.

I risultati offrono enormi opportunità per l’industria, in particolare per quelle che fanno affidamento su componenti specialistici come nei settori sanitario ed elettrico.

Il dottor Marques-Hueso spiega: "La novità del nostro nuovo metodo, che non è mai stata eseguita prima, è quella di utilizzare le finestre di invisibilità NIR dei materiali per stampare a una profondità di oltre 5 cm, mentre la tecnologia convenzionale ha un limite di profondità di circa 0,1 mm.Ciò significa che è possibile stampare con un materiale e successivamente aggiungere un secondo materiale, solidificandolo in qualsiasi posizione dello spazio 3D e non solo sopra le superfici esterne.

"Ad esempio, possiamo stampare un cubo cavo che è per lo più sigillato su tutti i lati. Possiamo poi tornare più tardi e stampare un oggetto, realizzato con un materiale completamente diverso, all'interno di questa scatola, perché il laser NIR penetrerà attraverso il materiale precedente come se fosse invisibile, perché in effetti è completamente trasparente al NIR."

La dottoressa Adilet Zhakeyev, ricercatrice PhD presso l'Università Heriot-Watt che ha lavorato al progetto per quasi tre anni, aggiunge: "La tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling) era già in grado di mescolare materiali, ma FDM ha una bassa risoluzione, dove il gli strati sono visibili, mentre le tecnologie basate sulla luce, come la stereolitografia, possono fornire campioni lisci con risoluzioni inferiori a cinque micrometri."

Gli scienziati affermano che una componente chiave del loro progetto è stato lo sviluppo di resine ingegnerizzate che contengono nanoparticelle che mostrano il fenomeno dell'upconversion ottica. Queste nanoparticelle assorbono i fotoni NIR e li trasformano in fotoni blu, che solidificano la resina. Questo fenomeno è "non lineare", nel senso che può ottenere i fotoni blu principalmente nel fuoco del laser e non nel percorso che lo attraversa. Per questo motivo il NIR riesce a penetrare in profondità nel materiale come se fosse trasparente e solidificare solo il materiale all'interno.

Il nuovo metodo di stampa 3D consente di stampare più materiali con proprietà diverse nello stesso campione, ad esempio elastomeri flessibili e acrilico rigido, utili per molte attività come la produzione di scarpe. La tecnica apre una miriade di nuove possibilità, tra cui la stampa 3D di oggetti all’interno di cavità, il restauro di oggetti rotti e persino la biostampa in situ attraverso la pelle.

"Nello stesso progetto di ricerca avevamo precedentemente sviluppato una resina che può essere ramata selettivamente", continua il dott. Marques-Hueso.

"Combinando entrambe le tecnologie, ora possiamo stampare in 3D con due resine diverse e ricoprire selettivamente solo una di esse in rame utilizzando un semplice bagno di soluzione galvanica. In questo modo, possiamo creare circuiti integrati in 3D, che sono molto utili per l'industria elettronica ."

Nonostante questa tecnologia offra uno sguardo entusiasmante al futuro, i costi sono sorprendentemente bassi.