Nuova tecnica di stampa 3D crea oggetti unici rapidamente e con meno sprechi
Utilizzando una stampante 3D come un ferro da stiro, i ricercatori possono controllare con precisione colore, tonalità e texture degli oggetti fabbricati, utilizzando un solo materiale.
Stiratura a velocità modulata per la stampa 3D
La tecnica, chiamata “stiratura a velocità modulata”, consente di produrre oggetti con colori e texture variegati usando un solo materiale con un livello di precisione elevato. Questo metodo è più rapido e genera meno sprechi rispetto ad altre tecniche di stampa 3D multimateriale, che richiedono il passaggio tra vari ugelli e spesso scartano materiale.
Il processo utilizza una stampante 3D a doppio ugello. Il primo ugello deposita un filamento sensibile al calore, mentre il secondo passa sopra il materiale stampato per attivare risposte specifiche, come cambiamenti di opacità o ruvidità, utilizzando il calore. Modificando la velocità del secondo ugello, i ricercatori possono riscaldare il materiale a temperature specifiche per modulare con precisione colore, tonalità e rugosità del filamento. Importante, questo metodo non richiede modifiche hardware alla stampante.
Applicazioni e miglioramenti del processo di fabbricazione
I ricercatori hanno sviluppato un modello che predice la quantità di calore che l’ugello di “stiratura” trasferirà al materiale in base alla sua velocità. Questo modello è stato utilizzato come base per un’interfaccia utente che genera automaticamente le istruzioni di stampa per ottenere le specifiche desiderate di colore, tonalità e texture.
La tecnica di stiratura a velocità modulata può essere utilizzata per creare effetti artistici variando il colore di un oggetto stampato o per realizzare maniglie con texture ottimizzate per migliorare la presa, utili per chi ha difficoltà di presa.
“Oggi abbiamo stampanti desktop che usano una combinazione di inchiostri per generare una gamma di tonalità e texture. Vogliamo fare lo stesso con una stampante 3D: usare un numero limitato di materiali per creare una vasta gamma di caratteristiche,” afferma Mustafa Doğa Doğan, co-autore di un articolo sulla stiratura a velocità modulata.
Collaborazione e risultati del progetto
Il progetto è stato sviluppato in collaborazione tra i gruppi di ricerca di Zjenja Doubrovski, professore associato presso la TU Delft, e Stefanie Mueller, professore al Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica del MIT. Il team di ricerca include Mustafa Doğan, Mehmet Ozdemir di TU Delft, Marwa AlAlawi, studente di ingegneria meccanica al MIT, e Jose Martinez Castro di TU Delft. La ricerca verrà presentata all’ACM Symposium on User Interface Software and Technology.
Modulare la velocità per controllare la temperatura
L’obiettivo del progetto è esplorare metodi migliori per ottenere una stampa 3D multi-proprietà utilizzando un solo materiale. L’uso di filamenti sensibili al calore era promettente, ma i metodi esistenti richiedevano di riscaldare l’ugello alla temperatura target prima di depositare il materiale, un processo lento e potenzialmente dannoso per il filamento.
Per superare questi problemi, il team ha sviluppato una tecnica di stiratura in cui il materiale è stampato da un ugello e riscaldato da un secondo ugello vuoto che lo ripassa, mantenendo una temperatura costante e variando solo la velocità del movimento per attivare la risposta del materiale.
Risultati e prospettive future
I ricercatori hanno testato il loro approccio con tre tipi di filamenti sensibili al calore, inclusi un polimero espandente, un filamento con fibre di legno e uno con fibre di sughero, ottenendo variazioni di tonalità e texture uniche. Hanno mostrato come questa tecnica possa essere utilizzata per creare oggetti come borracce parzialmente traslucide o maniglie per biciclette con superfici variabili per migliorare la presa.
Il metodo è risultato significativamente più veloce e più preciso rispetto alle tecniche di stampa 3D multimateriale, che richiedono più tempo e più materiali, e hanno un maggiore impatto energetico.
In futuro, i ricercatori intendono sperimentare con altri materiali termicamente reattivi, come le plastiche, e utilizzare la stiratura a velocità modulata per modificare le proprietà meccaniche e acustiche dei materiali.
