Ricercatori di Singapore: migliore stampa 3D multi-materiale con Air Jet DLP
Mentre la stampa 3D si è prestata a innumerevoli innovazioni oggi, ciò non significa che il processo sia sempre facile, anche se vediamo bambini delle scuole elementari che creano una varietà di oggetti dalle protesi animali ai modelli architettonici . La stampa 3D e l’hardware e il software che lo accompagnano hanno continuato a evolversi a velocità vertiginosa e con un numero crescente di aziende interessate a produrre prodotti per una vasta gamma di utenti.
L’uso di materiali multipli nella stampa 3D è un grande vantaggio perché consente all’utente di creare un lavoro molto più completo e funzionale; tuttavia, la realtà è che l’utilizzo di stampanti 3D con più materiali non sta diventando onnipresente come molti di noi pensano, e non è così facile come potrebbe sembrare. Nella ” Fabbricazione multimateriale ad alta risoluzione ad alta efficienza per la stampa tridimensionale basata sull’elaborazione della luce digitale ” vediamo come i ricercatori Kavin Kowsari, Saeed Akbari, Dong Wang, Nicholas X. Fang e Qi Geare stanno affrontando queste sfide.
Oltre al co-autore Fang (del MIT), tutti i ricercatori provengono dalla Singapore University of Technology and Design e stanno pubblicando i risultati del loro progetto per creare una nuova stampante DLP 3D che utilizza più materiali per produrre componenti di qualità.
“Un micro display digitale ad alto contrasto con una dimensione di pixel di 15 μm è stato utilizzato per proiettare immagini personalizzate a 405 nm attraverso una lastra di vetro borosilicato rivestita con politetrafluoroetilene otticamente trasparente per indurre la polimerizzazione in una varietà di resine polimeriche fotopolabili basate su acrilato, in cui ogni strato conteneva più tipi di resina “, afferma il team di ricerca nel loro articolo.
Un meccanismo a getto d’aria impedisce il post-trattamento con sostanze chimiche aggressive, riducendo allo stesso tempo anche i rifiuti. I ricercatori sono stati in grado di fabbricare strutture di microlattice con una velocità del 58% più veloce di quelle che utilizzano tali soluzioni.
Mentre si rendono conto che la stampa 3D multimateriale funziona in FDM e i processi di scrittura diretta dell’inchiostro con ugelli aggiuntivi, la sfida consiste nel farlo utilizzando un ugello di estrusione di base senza sacrificare la qualità. Nell’esplorare la stampa 3D Polyjet, i ricercatori discutono che, sebbene esista un grande potenziale, ci sono ancora problemi nella creazione della definizione del bordo sottile, delle restrizioni nella fornitura di materiali, per non parlare della necessità di post-elaborazione.
Lattice metamateriale
Parti altamente dettagliate
Parti per la fusione
Robot morbidi ad azionamento pneumatico
Strutture e dispositivi con capriate o cavità
L’hardware funziona con resina indurita dalla luce UV attraverso una lastra di vetro rivestita con nastro siliconico politetrafluoroetilene (PTFE). Ciò consente ai livelli stampati in 3D di separarsi di conseguenza e si attaccano alla piattaforma, ma non al vetro.
“Diverse resine fotopolimerizzabili sono contenute in diverse siringhe e depositate sulla lastra di vetro controllando automaticamente gli stadi lineari collegati alle siringhe”, affermano i ricercatori. “Il meccanismo di scambio del materiale incorpora un getto di 5 s di un getto d’aria da 0,5 MPa attraverso un tubo di 2 mm posto a 20 mm di distanza dal substrato, controllato in sequenza usando un dispensatore di alta precisione.”
I ricercatori hanno scritto codice per controllare i componenti elettronici della stampante 3D usando LabVIEW e sono state utilizzate resine fotopolimerizzabili come le seguenti:
3DM-ABS
VeroClear
VeroWhite
VeroBlack
“Nonostante l’uso di resine commerciali in questo lavoro, il sistema può fabbricare componenti costituiti da una vasta gamma di resine fotopolimerizzabili, inclusi vari tipi di monomeri, oligomeri, iniziatori e assorbitori adatti per varie applicazioni”, hanno affermato i ricercatori, che hanno utilizzato anche un Microscopio digitale 3D per il controllo di spessori e superfici.
Il team ha scoperto che la resina ha iniziato a solidificarsi attorno all’interfaccia vetro-liquido, per poi spostarsi verso la piattaforma mentre aumentava l’esposizione. Sia 3DM-ABS che VeroBlack aumentarono in un “movimento non lineare” e notarono anche che l’altezza aumentava più della larghezza dovuta alla legge Beer-Lambert, con la forza della luce che diminuiva man mano che gli strati aumentavano, provocando una diminuzione pendio.
Era interessante sapere se l’uso di una resina trasparente come VeroClear ridurrebbe la pendenza del bordo, ma la pendenza del bordo misurata di uno strato di dimensioni simili stampato usando VeroClear è rimasta costante a circa 75, indicando che la trasparenza della resina non ha avuto un effetto significativo su la pendenza del bordo “, hanno affermato i ricercatori, aggiungendo un’esposizione di .05 anche non ha prodotto uno strato solido con VeroBlack. 3DM-ABS possedeva una soglia minima più bassa, in quanto i ricercatori hanno notato un solido strato a quel livello.
Il successo è stato concordato in quanto il processo del getto d’aria ha offerto una transizione netta da un materiale all’altro; tuttavia, anche con l’efficienza della loro stampante 3D, i ricercatori hanno affermato che lo spreco di materiali potrebbe ancora essere ridotto a quasi nulla con un’ulteriore raffinazione. Il tempo di processo potrebbe essere ridotto anche con l’uso di additivi per fotoiniziatori più sensibili.
“Questo studio ha sviluppato un nuovo sistema di microstereolitografia basato su DLP ad alta risoluzione e ad alta efficienza utilizzando un nuovo meccanismo di scambio di materiale con getto d’aria”, hanno concluso i ricercatori, aggiungendo che questo tipo di stampa 3D sarebbe utile per creare un vasta gamma di altri articoli come ceramiche, biomateriali, fibre ottiche, robotica e altro ancora.