Gli scienziati hanno sviluppato una tecnica avanzata per la stampa 3D destinata a rivoluzionare l’industria manifatturiera.
Il gruppo, guidato dal dottor Jose Marques-Hueso dell’Institute of Sensors, Signals & Systems della Heriot-Watt University di Edimburgo, ha creato un nuovo metodo di stampa 3D che utilizza la luce del vicino infrarosso (NIR) per creare strutture complesse contenenti più materiali e colori.
Hanno raggiunto questo obiettivo modificando un processo di stampa 3D consolidato noto come stereolitografia per spingere i confini dell’integrazione multi-materiale. Una stampante 3D convenzionale normalmente applica un laser blu o UV a una resina liquida che viene poi solidificata selettivamente, strato dopo strato, per costruire l’oggetto desiderato. Ma uno dei principali svantaggi di questo approccio sono stati i limiti nella miscelazione di materiali.
Ciò che è diverso in questo ultimo progetto è che gli scienziati utilizzano una sorgente luminosa NIR in grado di stampare a profondità molto maggiori nella vasca di resina e senza la necessità di stampare a strati.
I risultati offrono enormi opportunità per l’industria, in particolare quelle che si affidano a parti specializzate come nei settori sanitario ed elettrico.
Il dottor Marques-Hueso spiega: “La novità del nostro nuovo metodo, che non è mai stato fatto prima, è utilizzare le finestre di invisibilità NIR dei materiali per stampare a una profondità di oltre 5 cm, mentre la tecnologia convenzionale ha un limite di profondità di circa 0,1 mm. Ciò significa che puoi stampare con un materiale e successivamente aggiungere un secondo materiale, solidificandolo in qualsiasi posizione dello spazio 3D, e non solo sopra le superfici esterne.
“Ad esempio, possiamo stampare un cubo cavo che è per lo più sigillato su tutti i lati. Possiamo poi tornare più tardi e stampare un oggetto, realizzato con un materiale completamente diverso, all’interno di questa scatola, perché il laser NIR penetrerà attraverso il materiale precedente come se fosse invisibile, perché in realtà è completamente trasparente al NIR.
La dott.ssa Adilet Zhakeyev, ricercatrice PhD presso la Heriot-Watt University che ha lavorato al progetto per quasi tre anni, aggiunge: “La tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM) era già in grado di mescolare materiali, ma FDM ha una bassa risoluzione, dove il gli strati sono visibili, mentre le tecnologie basate sulla luce, come la stereolitografia, possono fornire campioni uniformi con risoluzioni inferiori a cinque micrometri”.
Gli scienziati affermano che una componente chiave del loro progetto è stata lo sviluppo di resine ingegnerizzate che contengono nanoparticelle che presentano il fenomeno dell’upconversion ottica. Queste nanoparticelle assorbono i fotoni NIR e li trasformano in fotoni blu, che solidificano la resina. Questa occorrenza è “non lineare”, nel senso che può ottenere i fotoni blu principalmente nel fuoco del laser e non durante il suo passaggio. Per questo motivo il NIR può penetrare in profondità nel materiale come se fosse trasparente e solidificare solo il materiale all’interno.
Il nuovo metodo di stampa 3D consente di stampare più materiali con proprietà diverse nello stesso campione, ad esempio elastomeri flessibili e acrilico rigido, utili per molte attività come la produzione di scarpe. La tecnica apre una miriade di nuove possibilità, tra cui la stampa 3D di oggetti all’interno di cavità, il restauro di oggetti rotti e persino la biostampa in situ attraverso la pelle.
«Nello stesso progetto di ricerca, avevamo precedentemente sviluppato una resina che può essere ramata in modo selettivo», continua il dott. Marques-Hueso.
“Combinando entrambe le tecnologie, ora possiamo stampare in 3D con due diverse resine e coprirne selettivamente solo una in rame utilizzando un semplice bagno di soluzione di placcatura. In questo modo, possiamo creare circuiti integrati in 3D, molto utili per l’industria elettronica”.
Nonostante questa tecnologia offra uno sguardo entusiasmante al futuro, i costi sono sorprendentemente bassi.
Il dottor Marques-Hueso ha dichiarato: “Un chiaro vantaggio di questa tecnica è che la macchina completa può essere costruita per meno di 400 sterline. Alcune altre tecnologie avanzate che utilizzano i laser, come la polimerizzazione a due fotoni (2PP), richiedono laser ultraveloci costosi nell’ordine di decine di migliaia di sterline, ma questo non è il nostro caso perché i nostri materiali specialistici consentono l’uso di laser economici.
Ha concluso: “Ora che abbiamo risultati a sostegno delle nostre affermazioni, speriamo di collaborare con le aziende e sviluppare ulteriormente questa tecnologia”.
Il progetto, intitolato Multimaterial Stereolithography by Crosslinking through Luminescence Excitation , ha ricevuto un finanziamento di 280.000 sterline dall’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). I suoi risultati sono stati pubblicati nelle riviste Applied Materials Today .
CREDITO
Università Heriot-Watt