SCIENZIATI CON SUCCESSO NELLA STAMPA 3D DI PARTI COMPLESSE IN GRAFITE CON UNA PUREZZA DEL 97%
Un team di ricercatori della Rice University , in Texas, ha sviluppato un nuovo metodo per fabbricare complesse strutture di grafite utilizzando la stampa 3D con scrittura a inchiostro diretto (DIW).
I precedenti tentativi di stampa 3D con grafite hanno solitamente comportato l’integrazione di una forma in polvere del materiale in una matrice polimerica. Utilizzando tecnologie basate sull’estrusione, è quindi possibile creare strutture meccanicamente solide, ma i compositi risultanti spesso comprendono solo meno del 50% in peso di grafite. Pertanto, le parti in grafite stampate in 3D fino ad ora non hanno davvero offerto le proprietà termiche ed elettriche che rendono la grafite pura così desiderabile.
Per affrontare il problema, i ricercatori di Rice hanno sviluppato un inchiostro stampabile 3D colloidale composto da polvere di grafite e minuscole quantità di argilla, ottenendo parti DIW complesse con una purezza fino al 97%.
La grafite è considerata uno degli allotropi più utili del carbonio e ha tutta una serie di applicazioni industriali (sì, è più di una semplice mina).
Dotato di una struttura atomica 2D a strati, il materiale è un ingrediente chiave in diversi lubrificanti ad alte prestazioni. La grafite offre anche un’eccellente stabilità termica e chimica, che le consente di resistere alle condizioni ambientali estreme richieste per crogioli di metallo fuso e nuclei di reattori nucleari. Inoltre, la notoriamente elevata conduttività elettrica del materiale lo rende anche un candidato perfetto per batterie, contatti elettrici e persino componenti elettronici flessibili.
Sfortunatamente, a causa delle sfide della lavorazione ad alta temperatura e della fragilità intrinseca del materiale, l’utilizzo di metodi di sintesi convenzionali per creare parti geometriche complesse in grafite è spesso estremamente difficile, un problema che la stampa 3D è in grado di risolvere.
Come stampare in 3D parti di grafite al 97%
L’inchiostro di grafite ad alta concentrazione è stato formulato aggiungendo piccole quantità di nanoargilla di silicato (3 – 10% in peso) a un bagno d’acqua riempito con scaglie di grafite. La nanoargilla ha infine agito come agente legante, assicurando che i fiocchi di grafite fossero distribuiti uniformemente nell’inchiostro composito risultante. L’aggiunta dell’argilla ha inoltre aumentato significativamente la viscosità del materiale, rendendolo estrudibile tramite DIW a temperatura ambiente. Al contrario, è stato scoperto che un inchiostro di sola grafite ostruiva l’ugello della stampante 3D, il tutto mentre si separava sotto pressione.
Quando è stato stampato in 3D, gli effetti dell’additivo in nanoargilla erano molto evidenti nelle strutture 3D finali. Tutti gli oggetti di prova stampati nello studio hanno mostrato un’eccellente stabilità strutturale e potevano sostenere il proprio peso senza alcun problema, nonostante fossero geometricamente complessi. Anche dopo l’essiccazione all’aria, le parti sono riuscite a mantenere le loro forme originali con una migliore capacità di assorbire energia rispetto a un inchiostro di sola grafite.
Il team di Rice ha già utilizzato la sua nuova formulazione di purezza del 97% per diverse applicazioni di grafite. Ciò include stampi stampati in 3D utilizzati per colare lo stagno, un circuito elettrico in grafite utilizzato per accendere i LED e un elemento riscaldante stampato in 3D in grado di portare l’acqua al punto di ebollizione.
