Nuova Tecnica di Stampa 3D per Fibre Sottili e Morbide Ispirate alla Natura
Un team di ricerca dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign ha sviluppato una tecnica avanzata di stampa 3D che permette la creazione di fibre sottili, continue e flessibili. Questo metodo innovativo, descritto sulla rivista Nature Communications, si basa su un processo di stampa 3D con scambio di solventi integrato.
Limitazioni dei Metodi Tradizionali
Nei processi convenzionali di stampa 3D, i materiali vengono depositati strato per strato nell’aria, il che rende difficile la produzione di filamenti con diametri inferiori a 16 micrometri. Queste strutture sottili tendono a rompersi a causa della tensione superficiale prima di solidificarsi completamente. La nuova tecnica supera questo ostacolo incorporando il materiale in un mezzo di supporto, come un idrogel, che stabilizza le strutture durante la polimerizzazione e consente la creazione di forme complesse senza necessità di supporti aggiuntivi.
Ispirazione dalla Natura
La natura offre numerosi esempi di strutture filamentose con diametri di pochi micrometri. Lo studente di dottorato M. Tanver Hossain, coautore dello studio, ha osservato: “Sapevamo che doveva essere possibile”. Il dott. Wonsik Eom, ora docente presso la Dankook University in Corea del Sud, ha aggiunto: “Questa ricerca supera un limite di lunga data della tecnologia di stampa 3D: la stampa di materiali morbidi con diametri nell’ordine del micrometro”. Raggiungere una risoluzione di stampa così elevata apre la strada alla riproduzione di fibre microfini e strutture simili a peli presenti in natura, dotate di funzionalità notevoli.
Processo di Scambio di Solventi
Un aspetto chiave di questo metodo è lo scambio di solventi. Il materiale di stampa viene modificato in modo da solidificarsi immediatamente al contatto con il gel, prevenendo la rottura dei filamenti grazie a una polimerizzazione quasi istantanea. Utilizzando questo approccio, i ricercatori sono riusciti a ottenere una risoluzione di 1,5 micrometri. Inoltre, l’impiego di più ugelli di stampa in parallelo permette una produzione rapida delle fibre.
Applicazioni Potenziali
Le possibili applicazioni di questa tecnologia sono molteplici, spaziando dalla riproduzione di strutture biologiche per scopi medici allo sviluppo di nuovi materiali con proprietà personalizzate. La capacità di produrre fibre sottili e flessibili in modo efficiente apre nuove opportunità in settori come la biomedicina, l’industria tessile e la scienza dei materiali.
Il professor Randy Ewoldt, uno dei principali ricercatori, ha sottolineato: “Questo studio fa parte della visione di ricerca più ampia del mio gruppo. Vogliamo abilitare nuove funzioni tecniche sfruttando il complesso comportamento meccanico dei fluidi non newtoniani e dei solidi soffici”. Questa prospettiva integra aspetti fondamentali della meccanica, dalla fluidodinamica alla meccanica dei solidi e agli stati intermedi.
Il professor Sameh Tawfick ha evidenziato l’importanza di questo metodo nel generare diverse geometrie di fibre senza dover considerare gli effetti della gravità su strutture così sottili e flessibili. Questo approccio consente la produzione di strutture 3D complesse con diametri ridotti utilizzando stampanti 3D ad alta precisione.
In sintesi, questa nuova tecnologia di stampa 3D rappresenta un progresso significativo nella replicazione di complesse strutture fibrose naturali, rendendole disponibili per applicazioni tecnologiche avanzate.
Per una dimostrazione visiva di questa tecnica innovativa, è possibile consultare il seguente video:
