Il nuovo metodo di stampa 3D progettato dagli ingegneri di Stanford promette una stampa più veloce con più materiali
Gli ingegneri di Stanford hanno progettato un metodo di stampa 3D che è da 5 a 10 volte più veloce della stampante ad alta risoluzione più veloce attualmente disponibile ed è in grado di utilizzare più tipi di resina in un unico oggetto.
I progressi nella stampa 3D hanno reso più facile per designer e ingegneri personalizzare progetti, creare prototipi fisici su scale diverse e produrre strutture che non possono essere realizzate con tecniche di produzione più tradizionali. Ma la tecnologia deve ancora affrontare dei limiti: il processo è lento e richiede materiali specifici che, per la maggior parte, devono essere utilizzati uno alla volta.
Un modello della Cattedrale di Santa Sofia di Kiev nel blu e giallo della bandiera ucraina, realizzato utilizzando il metodo iCLIP per la stampa 3D, che consente l’utilizzo di più tipi – o colori – di resina in un unico oggetto. (Credito immagine: William Pan)
I ricercatori di Stanford hanno sviluppato un metodo di stampa 3D che promette di creare stampe più velocemente, utilizzando più tipi di resina in un unico oggetto. Il loro design, pubblicato di recente su Science Advances , è da 5 a 10 volte più veloce del metodo di stampa ad alta risoluzione più rapido attualmente disponibile e potrebbe potenzialmente consentire ai ricercatori di utilizzare resine più spesse con migliori proprietà meccaniche ed elettriche.
“Questa nuova tecnologia aiuterà a realizzare appieno il potenziale della stampa 3D”, afferma Joseph DeSimone , il professore di medicina traslazionale Sanjiv Sam Gambhir e professore di radiologia e ingegneria chimica a Stanford e autore corrispondente dell’articolo. “Ci consentirà di stampare molto più velocemente, contribuendo a inaugurare una nuova era della produzione digitale, nonché di consentire la fabbricazione di oggetti complessi e multimateriali in un unico passaggio”.
Controllo del flusso di resina
Il nuovo design migliora un metodo di stampa 3D creato da DeSimone e dai suoi colleghi nel 2015 chiamato produzione di interfaccia liquida continua, o CLIP. La stampa CLIP sembra appartenere a un film di fantascienza: una piattaforma rialzata estrae dolcemente l’oggetto, apparentemente completamente formato, da una sottile pozza di resina. La resina in superficie viene indurita nella giusta forma da una sequenza di immagini UV proiettate attraverso la piscina, mentre uno strato di ossigeno impedisce l’indurimento sul fondo della piscina e crea una “zona morta” in cui la resina rimane in forma liquida.
La zona morta è la chiave della velocità di CLIP. Quando il pezzo solido si solleva, la resina liquida dovrebbe riempirsi dietro di esso, consentendo una stampa regolare e continua. Ma questo non sempre accade, soprattutto se il pezzo sale troppo velocemente o la resina è particolarmente viscosa. Con questo nuovo metodo, chiamato injection CLIP, o iCLIP, i ricercatori hanno montato pompe a siringa sopra la piattaforma in aumento per aggiungere resina aggiuntiva nei punti chiave.
“Il flusso di resina in CLIP è un processo molto passivo: stai solo sollevando l’oggetto e sperando che l’aspirazione possa portare il materiale nell’area in cui è necessario”, afferma Gabriel Lipkowitz, uno studente di dottorato in ingegneria meccanica a Stanford e autore principale sulla carta. “Con questa nuova tecnologia, iniettiamo attivamente resina nelle aree della stampante dove è necessaria”.
La resina viene consegnata attraverso condotti che vengono stampati contemporaneamente al disegno. I condotti possono essere rimossi dopo che l’oggetto è stato completato o possono essere incorporati nel progetto nello stesso modo in cui le vene e le arterie sono integrate nel nostro stesso corpo.
Stampa multimateriale
Iniettando resina aggiuntiva separatamente, iCLIP offre l’opportunità di stampare con più tipi di resina nel corso del processo di stampa: ogni nuova resina richiede semplicemente la propria siringa. I ricercatori hanno testato la stampante con un massimo di tre diverse siringhe, ciascuna riempita con resina colorata di un colore diverso. Hanno stampato con successo modelli di edifici famosi di diversi paesi nel colore della bandiera di ogni paese, inclusa la Cattedrale di Santa Sofia nel blu e giallo della bandiera ucraina e l’Independence Hall in rosso, bianco e blu americano.
“La capacità di realizzare oggetti con materiale variegato o proprietà meccaniche è un Santo Graal della stampa 3D”, afferma Lipkowitz. “Le applicazioni vanno da strutture ad assorbimento di energia molto efficienti a oggetti con diverse proprietà ottiche e sensori avanzati”.
Avendo dimostrato con successo che iCLIP ha il potenziale per stampare con più resine, DeSimone, Lipkowitz e i loro colleghi stanno lavorando su un software per ottimizzare la progettazione della rete di distribuzione dei fluidi per ogni pezzo stampato. Vogliono garantire che i designer abbiano un controllo accurato sui confini tra i tipi di resina e potenzialmente accelerare ulteriormente il processo di stampa.
“Un designer non dovrebbe dover comprendere la dinamica dei fluidi per stampare un oggetto in modo estremamente rapido”, afferma Lipkowitz. “Stiamo cercando di creare un software efficiente che possa prendere una parte che un designer desidera stampare e generare automaticamente non solo la rete di distribuzione, ma anche determinare le portate per somministrare diverse resine per raggiungere un obiettivo multimateriale”.
