Introduzione al Nuovo Processo di Stampa 3D
UpNano GmbH ha co-sviluppato un innovativo processo di produzione per oggetti in quarzo fuso stampati in 3D, permettendo la realizzazione di parti sagomate ad alta precisione nelle dimensioni millimetriche e centimetriche. Questo processo è basato sulla tecnologia di produzione del vetro di Glassomer GmbH, modificata per la stampa 3D tramite polimerizzazione a due fotoni (2PP) utilizzando il sistema di stampa ad alta risoluzione NanoOne di UpNano.
Sfide e Vantaggi della Stampa 3D in Quarzo
La produzione di oggetti 3D minuti e complessi in vetro è considerata una sfida, specialmente se il materiale richiesto è vetro di silice fusa di alta qualità (SiO₂), che ha un punto di fusione elevato. La silice fusa offre eccellenti proprietà ottiche, biocompatibilità, alta inerzia chimica e resistenza al calore, rendendola ideale per una vasta gamma di applicazioni. Tuttavia, i metodi utilizzabili per la produzione di parti piccole e complesse in silice fusa sono limitati e spesso producono superfici ruvide.
Sviluppo del Processo da parte di UpNano e Glassomer
Per affrontare queste sfide, UpNano ha collaborato con Glassomer per sviluppare un rapido processo di stampa 3D in grado di produrre parti in silice fusa lisce nelle dimensioni millimetriche e centimetriche con caratteristiche nell’ordine dei micrometri. Markus Lunzer, capo del team Materiali & Applicazioni di UpNano, ha spiegato: “È un processo in tre fasi. La prima fase consiste nel progettare e stampare la struttura desiderata sfruttando tutti i vantaggi della stampa 3D 2PP. La seconda fase prevede la rimozione del materiale legante organico, seguita da un processo di sinterizzazione ad alta temperatura nella terza fase.”
Nanocomposito UpQuartz
Al centro di questa nuova tecnologia c’è un nanocomposito sviluppato di recente chiamato “UpQuartz”. Oltre alle nanoparticelle di SiO2, contiene una matrice polimerica appositamente progettata che consente di stampare il composito in 3D tramite 2PP. Il processo di stampa produce una ‘parte verde’ che già possiede la forma finale desiderata, con la matrice polimerica che viene successivamente rimossa per ottenere il prodotto in silice fusa. Riscaldando la parte verde a 600°C, la matrice polimerica viene eliminata, lasciando una ‘parte marrone’. La struttura viene quindi sinterizzata e fusa dopo l’esposizione a 1.300°C, prima di subire un restringimento isotropico di circa il 30% nella fase di post-elaborazione, compensabile con un adeguato aumento della parte verde utilizzando il software di UpNano.
Applicazioni e Futuro della Tecnologia
“Questo processo di produzione innovativo che abbiamo sviluppato,” ha aggiunto Lunzer, “è ideale per parti in vetro 3D stampate di maggiori dimensioni che richiedono alta risoluzione e precisione, nei campi dell’ingegneria, della chimica, della medicina o della ricerca.” UpNano crede che questo nuovo sviluppo rappresenti un significativo avanzamento nel potenziale della stampa 3D 2PP, seguendo il recente successo nella prova dei materiali delle parti stampate in 3D 2PP utilizzando stampanti e resine UpNano per esemplari di test macroscopici. Inoltre, le stampanti dell’azienda sono state recentemente utilizzate per raggiungere un importante traguardo nella stampa 3D 2PP producendo chip microfluidici integrati e microstrutture in tungsteno e platino con risoluzione (sub-)micrometrica.
