I ricercatori della Purdue University hanno sviluppato un nuovo metodo chiamato produzione additiva assistita da poling elettrico (EPAM) che combina la poling piezoelettrica del filamento e la stampa 3D in un unico processo. Questo metodo permette ai produttori di dispositivi medici intelligenti, robot intelligenti e altri prodotti con sensori intelligenti di semplificare la progettazione e la fabbricazione dei loro dispositivi.
I materiali dei sensori tradizionali hanno proprietà piezoelettriche che li rendono adatti a creare sensori intelligenti. Tuttavia, il filamento di polivinilidendifluoruro (PVdf) utilizzato nella stampa 3D non ha forti proprietà piezoelettriche. Ciò significa che il tradizionale filamento PVdf non è un buon indicatore di stress e il poling elettrico deve essere condotto in un trattamento di post-elaborazione, aumentando tempi e costi.
Grazie al metodo EPAM, durante la stampa, i dipoli nel filamento PVdf vengono allineati, migliorando la rivelazione dello stress applicato. Ciò consente alle parti stampate in 3D di avere sia forti capacità di rilevamento che forme personalizzate. L’allungamento dell’asta PVdf fusa riorganizza i fili amorfi nel piano del film e il campo elettrico applicato allinea i dipoli verso la stessa direzione. Il processo EPAM può stampare strutture PVdf a forma libera e indurre la formazione di β fase, che è principalmente responsabile della risposta piezoelettrica.
Robert Nawrocki, assistente professore presso la School of Engineering Technology del Purdue Polytechnic Institute, ha affermato che il processo EPAM realizza simultaneamente stretching e poling, che sono condizioni necessarie per la polarizzazione. Nawrocki e il team di ricerca hanno stampato con successo sensori di forza PVdf con una stampante 3D di modellazione a deposizione fusa con una configurazione di polarizzazione elettrica corona.
I ricercatori Purdue hanno sottolineato che il metodo EPAM consente di risparmiare tempo e denaro, oltre ad offrire la personalizzazione delle forme e delle geometrie delle parti e la possibilità di creare parti con forme personalizzate e proprietà del sensore. I prossimi passi per commercializzare il metodo EPAM sono costruire un’unica macchina da stampa 3D in grado di stampare tutti i componenti del sensore, inclusi PVdF live-poled, elettrodi e anche la struttura.
La ricerca è stata pubblicata nel numero di luglio 2022 di Advanced Engineering Materials e nel numero di dicembre 2022 di Additive Manufacturing. Il team di ricerca ha ricevuto finanziamenti e altro supporto dalla Purdue University. L’Office of Technology Commercialization della Purdue Research Foundation ha richiesto la protezione del brevetto sulla proprietà intellettuale.
Il metodo EPAM potrebbe semplificare la produzione di sensori intelligenti personalizzati, consentendo ai produttori di dispositivi medici e robot di progettare e fabbricare sensori adatti alle proprie esigenze senza dover fare affidamento su parti standard. Inoltre, la tecnologia EPAM potrebbe ridurre i costi e il tempo necessario per produrre sensori piezoelettrici personalizzati.
L’innovazione di Purdue è stata accolta positivamente dall’industria manifatturiera, con molti partner del settore che mostrano interesse nello sviluppare ulteriormente la tecnologia. Il team di ricerca Purdue sta attualmente lavorando per costruire una macchina di stampa 3D in grado di stampare tutti i componenti dei sensori, compresi i filamenti PVdf live-poled e gli elettrodi.
La Purdue University è un’istituzione di ricerca pubblica di alto livello che si concentra sulla creazione di soluzioni pratiche alle sfide più difficili della società. La loro ricerca ha portato a molte scoperte di rilievo, e l’Office of Technology Commercialization della Purdue Research Foundation gestisce uno dei programmi di trasferimento tecnologico più completi tra le principali università di ricerca negli Stati Uniti.
