Una nuova tecnica di stampa 3D per creare modelli precisi sulle superfici esterne ed interne delle strutture in plastica

Nuovo metodo di stampa 3D per fabbricare complesse strutture composite metallo-plastica
Ricercatori provenienti da Giappone e Singapore hanno sviluppato una nuova tecnica di stampa 3D per creare modelli precisi sulle superfici esterne ed interne delle strutture in plastica 3D

Nuova produzione additiva ibrida metallo-plastica per la fabbricazione precisa di modelli metallici arbitrari su superfici esterne e persino interne di strutture in plastica 3D

Le strutture composite metallo-plastica tridimensionali (3D) hanno una potenziale applicabilità diffusa nell’elettronica intelligente, nel micro/nanorilevamento, nei dispositivi Internet delle cose (IoT) e persino nell’informatica quantistica. I dispositivi costruiti utilizzando queste strutture hanno un grado più elevato di libertà di progettazione e possono avere caratteristiche più complesse, geometrie complesse e dimensioni sempre più piccole. Ma i metodi attuali per fabbricare tali parti sono costosi e complicati.

Recentemente, un gruppo di ricercatori provenienti da Giappone e Singapore ha sviluppato un nuovo processo di stampa 3D di elaborazione della luce digitale multimateriale (MM-DLP3DP) per fabbricare strutture composite metallo-plastica con forme arbitrariamente complesse. Spiegando la motivazione alla base dello studio, gli autori principali, il professor Shinjiro Umezu, il signor Kewei Song della Waseda University e il professor Hirotaka Sato della Nanyang Technological University, Singapore affermano: “ I robot e i dispositivi IoT si stanno evolvendo a un ritmo fulmineo. Pertanto, anche la tecnologia per produrli deve evolversi. Sebbene la tecnologia esistente possa produrre circuiti 3D, l’impilamento di circuiti piatti è ancora un’area di ricerca attiva. Abbiamo voluto affrontare questo problema per creare dispositivi altamente funzionali per promuovere il progresso e lo sviluppo della società umana.” Lo studio è stato pubblicato su ACS Applied Materials & Interfaces .

Il processo MM-DLP3DP è un processo in più fasi che inizia con la preparazione dei precursori attivi, sostanze chimiche che possono essere convertite nella sostanza chimica desiderata dopo la stampa 3D, poiché la sostanza chimica desiderata non può essere stampata in 3D da sola. Qui, gli ioni palladio vengono aggiunti alle resine fotopolimerizzabili per preparare i precursori attivi. Questo viene fatto per promuovere la placcatura senza elettrolisi (ELP), un processo che descrive la riduzione auto-catalitica di ioni metallici in una soluzione acquosa per formare un rivestimento metallico. Successivamente, l’apparato MM-DL3DP viene utilizzato per fabbricare microstrutture contenenti regioni nidificate della resina o del precursore attivo. Infine, questi materiali vengono placcati direttamente e ad essi vengono aggiunti modelli metallici 3D utilizzando ELP.

Il team di ricerca ha prodotto una varietà di parti con topologie complesse per dimostrare le capacità di produzione della tecnica proposta. Queste parti avevano strutture complesse con strati di nidificazione multimateriale, comprese strutture microporose e minuscole cave, la più piccola delle quali aveva una dimensione di 40 μm. Inoltre, i modelli di metallo su queste parti erano molto specifici e potevano essere controllati con precisione. Il team ha anche prodotto circuiti stampati 3D con topologie metalliche complesse, come un circuito stereo a LED con nichel e un circuito 3D a doppia faccia con rame.

“ Utilizzando il processo MM-DLP3DP, è possibile fabbricare parti 3D metallo-plastica arbitrariamente complesse con modelli metallici specifici. Inoltre, l’induzione selettiva della deposizione di metallo utilizzando precursori attivi può fornire rivestimenti metallici di qualità superiore. Insieme, questi fattori possono contribuire allo sviluppo di microelettronica 3D altamente integrata e personalizzabile “, affermano Umezu, Song e Sato.

Il nuovo processo di produzione promette di essere una tecnologia rivoluzionaria per la produzione di circuiti, con applicazioni in una vasta gamma di tecnologie, tra cui elettronica 3D, metamateriali, dispositivi indossabili flessibili ed elettrodi metallici cavi.

DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.2c10617                                      

Autori: Kewei Song 1 , Yue Cui 1 , Tiannan Tao 1 , Xiangyi Meng 1 , Michinari Sone 2 , Masahiro Yoshino 2 , Shinjiro Umezu 1,3 e Hirotaka Sato 4

Informazioni sulla Waseda University 

Situata nel cuore di Tokyo, la Waseda University è un’importante università di ricerca privata che dal 1882 si dedica da tempo all’eccellenza accademica, alla ricerca innovativa e all’impegno civico sia a livello locale che globale. la sua storia, inclusi nove primi ministri e molti leader nel mondo degli affari, della scienza e della tecnologia, della letteratura, dello sport e del cinema. Waseda ha solide collaborazioni con istituti di ricerca esteri e si impegna a promuovere la ricerca all’avanguardia e lo sviluppo di leader che possano contribuire alla risoluzione di problemi sociali complessi e globali. L’Università ha fissato l’obiettivo di raggiungere un campus a zero emissioni di carbonio entro il 2032, in linea con gli obiettivi di sviluppo sostenibile (SDG) adottati dalle Nazioni Unite nel 2015. 

Per saperne di più sulla Waseda University, visita  https://www.waseda.jp/top/en

Informazioni sulla Nanyang Technological University, Singapore
Un’università pubblica ad alta intensità di ricerca, la Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha 33.000 studenti universitari e post-laurea nei college di ingegneria, economia, scienze, medicina, scienze umane, arti e scienze sociali e laureati.

NTU è anche sede di istituti autonomi di fama mondiale – il National Institute of Education, la S Rajaratnam School of International Studies, l’Osservatorio della Terra di Singapore e il Singapore Center for Environmental Life Sciences Engineering – e vari importanti centri di ricerca come il Nanyang Environment & Water Istituto di ricerca (NEWRI) e Istituto di ricerca sull’energia @ NTU (ERI@N).

Nell’ambito della visione NTU Smart Campus, l’Università sfrutta la potenza della tecnologia digitale e delle soluzioni abilitate alla tecnologia per supportare migliori esperienze di apprendimento e di vita, la scoperta di nuove conoscenze e la sostenibilità delle risorse.

Classificato tra le migliori università del mondo, il campus principale dell’Università è anche spesso elencato tra i più belli del mondo. Conosciuto per la sua sostenibilità, oltre il 95% dei suoi progetti edilizi è certificato Green Mark Platinum. Oltre al campus principale, NTU ha anche un campus medico a Novena, il distretto sanitario di Singapore.

Per ulteriori informazioni, visitare www.ntu.edu.sg

Informazioni sul Professor Shinjiro Umezu
Il Dr. Umezu ha conseguito il dottorato di ricerca. presso la Waseda University nel 2006. Attualmente è Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica Moderna presso la Waseda University, in Giappone. Gestisce il suo laboratorio, UMEZU Lab, che lavora sulla fabbricazione di micro/nanomateriali. I suoi interessi di ricerca riguardano la stampa 3D e la microfabbricazione e le loro applicazioni in bioingegneria e tecnologia verde. Ha al suo attivo 345 pubblicazioni e 1.378 citazioni a suo nome.

Informazioni sul professor Hirotaka Sato
Hirotaka Sato è professore presso la School of Mechanical & Aerospace Engineering (MAE), Nanyang Technological University (NTU), Singapore. Ha lavorato presso la UC Berkeley, l’Università del Michigan e la Waseda University, rispettivamente nel 2008-2011, 2007 e 2005-2006. Ha conseguito il dottorato di ricerca in chimica presso la Waseda University nel 2005. La sua ricerca si concentra su MEMS, robot ibridi insetto-computer (o insetti cyborg) e processi elettrochimici (placcatura dei metalli, lucidatura). Web: https://hirosatontu.wordpress.com

RIVISTA
Materiali applicati e interfacce ACS
 

Elaborazione della luce digitale multimateriale Processo di stampa 3D per la fabbricazione di strutture complesse in metallo-plastica