Un team del Politecnico di Bari ha dimostrato che una comune stampante FDM desktop, la Bambu Lab A1, può essere trasformata in un sistema capace di produrre componenti ibridi rame‑polimero mediante elettrodeposizione di rame eseguita direttamente durante la stampa. Lo studio, pubblicato su Advanced Materials Technologies con il titolo “In Situ Copper Electroplating Turns Material Extrusion 3D Printers Into Metal–Polymer Hybrid Fabricators”, propone una soluzione a basso costo che apre la strada alla fabbricazione di sensori, circuiti e dispositivi funzionali direttamente su stampanti consumer.
Dal laboratorio al desktop: il lavoro del Politecnico di Bari
Il progetto è firmato da Gianluca Percoco, Nicola Larovere, Antonio Zagaria, Antonio Pavone, Rosanna Rifino e Gianni Stano del Dipartimento di Meccanica, Matematica e Management (DMMM) del Politecnico di Bari. L’idea di fondo è sfruttare la diffusione di stampanti FDM economiche per portare in laboratorio e negli ambienti maker un metodo di metallizzazione in situ che non richieda impianti esterni di galvanica né attrezzature complesse.
Per dimostrare la fattibilità del concetto, i ricercatori hanno scelto la Bambu Lab A1, una macchina consumer a basso costo, utilizzando come materiali di base PLA e CPLA (PLA conduttivo) Protopasta, abbinati a un sistema di elettrodeposizione di rame progettato ad hoc e integrato sulla stampante. In questo modo, l’intero processo – dalla deposizione del polimero alla metallizzazione – avviene sullo stesso sistema, senza passaggi esterni.
Una testina di elettrodeposizione compatta e a basso costo
Il cuore dell’innovazione è una piccola testina di elettroplaccatura montata sulla Bambu Lab A1 e controllata via G‑code. Il sistema prevede una siringa collegata a un tubo in PTFE che convoglia la soluzione elettrolitica verso una spirale di rame e poi verso una spugna, fissata a una testina che viene messa a contatto con la superficie del pezzo.
Un alimentatore collega l’elettrodo di rame e il pezzo stampato, chiudendo il circuito e permettendo la deposizione di rame sulle aree selezionate in base al percorso definito dal G‑code. Un Arduino gestisce la pompa che dosa la soluzione elettrolitica, sincronizzando l’arrivo dell’elettrolita con il movimento della testina di placcatura, che si muove in X e Y, mentre la testina di stampa standard continua a occuparsi del deposito del polimero. La distinta base della testina di elettroplaccatura resta sotto i 95 euro, il che rende plausibile immaginare un kit commerciale nell’ordine di 300 dollari da montare su stampanti esistenti.
G‑code e algoritmi di machine learning per gestire placcatura e stampa
Per coordinare stampa ed elettrodeposizione, il team ha sviluppato un flusso digitale che genera G‑code specifico per alternare i due processi. Un algoritmo di machine learning analizza la geometria e individua dove ha senso eseguire la placcatura, valutando le regioni in cui è presente materiale conduttivo e quelle dove la metallizzazione può essere funzionalmente utile.
Questo strato di intelligenza consente al sistema di decidere quando fermare la stampa, quando attivare la testina di rame, quando riprendere la deposizione di polimero e come gestire l’incapsulamento del rame all’interno della parte. Il risultato è un processo semi‑automatico: l’utente parte da un modello con tracce o zone designate, e il software genera un G‑code che integra stampa, placcatura e, se necessario, successiva copertura del rame con ulteriori strati di polimero.
Prestazioni elettriche: resistenza ridotta di ordini di grandezza
Uno degli obiettivi chiave del lavoro è migliorare le prestazioni elettriche rispetto ai soli polimeri conduttivi, che restano limitati da resistenze specifiche elevate. Nel lavoro, la placcatura di rame ha portato a una resistenza di 0,15 Ω con un singolo passaggio della testina, valore indicato come circa 400% migliore rispetto a quella ottenibile con il solo PLA conduttivo.
Risultati di ricerca correlati su elettroplaccatura in canali chiusi mostrano riduzioni di resistenza fino a cinque ordini di grandezza quando il rame viene depositato all’interno di canali stampati in 3D, a conferma del potenziale della combinazione tra polimeri conduttivi ed elettrodeposizione di rame. Insieme, questi dati suggeriscono che stampanti FDM equipaggiate con moduli di placcatura potrebbero diventare piattaforme praticabili per circuiti, sensori e dispositivi a bassa resistenza.
Dimostratori: sensori, circuiti e strutture ibride
Per validare l’approccio, i ricercatori hanno realizzato diversi dimostratori funzionali. Tra questi figurano un sensore piezoresistivo, tracce conduttive, un circuito a partitore di tensione e altri layout elettrici stampati direttamente sulla Bambu Lab A1 e metallizzati in situ.
In alcuni casi, il rame viene poi incapsulato da ulteriori strati di polimero, creando strutture metal‑polymer compatte e protette, utili per dispositivi embedded come sensori integrati in componenti strutturali. Lo studio propone anche l’idea di sfruttare le parti di rame come elementi riscaldanti interni, per attivare fenomeni di memoria di forma o per controllare la risposta termomeccanica del pezzo stampato.
Contesto: elettroplaccatura su parti FDM e confronto con approcci tradizionali
L’elettroplaccatura di parti FDM non è concetto nuovo: esistono da anni progetti e studi che mostrano come rivestire di rame o altri metalli superfici polimeriche per migliorare la conducibilità o l’aspetto estetico. Ricerche precedenti hanno comparato, per esempio, percorsi di placcatura basati su acido cromico e metodi alternativi con paste conduttive in alluminio‑carbone, evidenziando buoni risultati di rivestimento ma con processi multi‑step separati dalla fase di stampa.
La novità del lavoro del Politecnico di Bari sta nell’integrazione completa con il processo di estrusione di materiale, con la placcatura che avviene direttamente sulla stampante nell’intervallo tra i layer o tra sequenze di deposizione, e non in un bagno separato a posteriori. Questo riduce problemi di adesione, semplifica il flusso di lavoro e apre possibilità di metallizzare anche geometrie e zone che nei processi tradizionali risulterebbero difficili da raggiungere.
Costi, accessibilità e potenziale per la community
La scelta di utilizzare una Bambu Lab A1, stampante dal costo contenuto, e componenti standard a basso costo per la testina di placcatura, rende l’approccio potenzialmente accessibile a laboratori didattici, FabLab e maker avanzati. Lo stesso lavoro evidenzia che, con costi nell’ordine di 700 dollari complessivi (stampante più kit di elettroplaccatura), si potrebbe disporre di una piattaforma capace di produrre circuiti e componenti elettrici ibridi a livello desktop.
Gli autori sottolineano però che portare il sistema da un ambiente di ricerca controllato all’uso quotidiano richiederà ulteriore lavoro sul fronte dell’affidabilità, della sicurezza dei bagni elettrolitici e della standardizzazione del flusso software‑hardware. Nonostante ciò, l’approccio rappresenta un esempio concreto di come stampanti FDM mature e diffuse possano evolvere da semplici “plastic printers” a strumenti per la fabbricazione di dispositivi funzionali e elettronici complessi.
