I ricercatori del MIT creano un metodo di fabbricazione robotizzata a base d’acqua per la stampa 3D biodegradabile naturale
Anche se in passato ne abbiamo menzionato i benefici in passato, mentre la stampa 3D sta sostanzialmente riducendo gli sprechi nell’industria manifatturiera, in realtà sta creando centinaia di tonnellate di rifiuti ogni anno nel segmento di consumo del mercato. La maggior parte delle stampanti 3D desktop che troverai nelle case degli individui si basano principalmente su materiali termoplastici, molti dei quali influenzano negativamente l’ambiente in numerosi modi.
A lungo termine, mentre la popolarità delle stampanti 3D continua a salire, ci saranno preoccupazioni crescenti circa le pile di materiali termoplastici di scarto che vengono inviate in discarica in tutto il mondo. A causa di queste preoccupazioni, le soluzioni sono già alla ricerca, con materiali più rispettosi dell’ambiente che stanno già iniziando a entrare nel mercato.
I ricercatori Laia Mogas-Soldevila e Jorge Duro-Royo del Gruppo Mediated Matter , guidati dal Prof. Associato Neri Oxman presso il MIT Media Lab , stanno cercando di fare un ulteriore passo avanti. Hanno lavorato su un approccio piuttosto interessante alle tecniche di stampa 3D biodegradabili naturali . In un processo che chiamano “fabbricazione robotizzata a base d’acqua”, il team ha deciso di utilizzare materiali naturali in un’unità per consentire metodi di stampa 3D rispettosi dell’ambiente, ma forse anche più robusti.
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Lavorando con un gruppo di polimeri naturali chiamati polisaccaridi – che includono cellulosa, amido, emicellulosi, chitina e chitosano (creati tramite deacetilazione della chitina), e sono facili ed economici da ottenere – il team del MIT è stato in grado di compiere progressi sostanziali su i loro obiettivi ambiziosi. I polisaccaridi, pur avendo caratteristiche che includono diversità e resistenza strutturali e funzionali, hanno dimostrato di avere la capacità di sostituire i materiali sintetici tradizionali all’interno del processo di produzione additiva.
Il processo di fabbricazione robotizzata a base d’acqua si basa su compositi biodegradabili di idrogel che vengono miscelati insieme prima dell’estrusione e sono in grado di costruire oggetti 3D su larga scala. I materiali compositi naturali possono essere miscelati manualmente prima del loro ingresso nell’estrusore volumetrico o miscelati secondo necessità all’interno della macchina tramite l’ugello. Un esempio di una miscela sarebbe il chitosano e l’alginato di sodio a vari concentrati. Poiché il controllo del processo di estrusione è nelle mani dei ricercatori, sono stati in grado di creare una varietà di compositi senza fare affidamento sulle formulazioni speciali richieste con altre tecnologie di stampa 3D tradizionali come SLS, SLA o FDM. Vari polisaccaridi naturali vengono estrusi in un unico ugello, mescolando i materiali mentre vengono posizionati sulla piattaforma di costruzione.
La stessa stampante è costituita da un sistema di estrusione multi-camera personalizzato e ugelli personalizzati, che sono stati fissati a un braccio robotizzato Kuka KR AGILUS . Il braccio ha una portata massima di 1101 mm ed è in grado di muoversi lungo una configurazione a 6 assi. La busta di costruzione totale della stampante a braccio robotizzato è 1000 mm L x 500 mm W.
Con questo metodo, una volta che gli oggetti sono fabbricati, messi in uso e non sono più necessari, invece di inviarli in una discarica, possono semplicemente essere immersi in acqua e scomposti. Al contrario, possono anche essere stabilizzati chimicamente tramite vari agenti e immersi in acqua senza alcun degrado. I ricercatori hanno anche lavorato su modi per fornire caratteristiche di cambiamento di forma a questi oggetti stampati quando vengono introdotti in acqua, o anche a oggetti che rilasciano sostanze nutritive mentre vengono scomposti.
Il numero di usi applicabili per tali materiali all’interno dello spazio di produzione additiva potrebbe essere sconcertante. I ricercatori sono stati in grado di creare compositi naturali stampabili in 3D che sono superiori ai materiali sintetici comunemente utilizzati nella fabbricazione in serie. C’è ancora molta ricerca da fare prima che questi tipi di materiali biodegradabili possano essere utilizzati nella creazione di prodotti di uso quotidiano, ma quel tempo si sta sicuramente avvicinando.
Questo è un progetto in corso, a cui il gruppo del MIT Media Lab sta lavorando diligentemente. Attualmente stanno sviluppando tecniche per fornire un sistema di miscelazione tra ugelli più capace, cercando di utilizzare una vite elicoidale invece del sistema statico con cui stanno attualmente lavorando. Inoltre stanno costruendo un sistema di estrusione pneumatico che utilizza la pressione dell’aria per alimentare il rilascio dei materiali al fine di sostituire l’attuale sistema che è guidato dal volume, basandosi su motori passo-passo.
