I ricercatori hanno sviluppato un innovativo approccio alla stampa tridimensionale (3D) chiamato “CLEAR,” che migliora notevolmente la resistenza e la durata dei materiali grazie all’utilizzo di una combinazione di reazioni chimiche luminose e oscure per creare catene polimeriche densamente intrecciate. Gli autori hanno utilizzato questo approccio per stampare strutture con caratteristiche speciali, come la capacità di aderire ai tessuti umidi.
L’incorporazione di intrecciamenti delle catene polimeriche come rinforzi all’interno dei materiali stampati in 3D può migliorare significativamente le loro proprietà meccaniche. Tuttavia, le tradizionali tecniche di stampa 3D basate sulla fotopolimerizzazione in vasca, come il digital light processing (DLP), che utilizza la luce per indurire strati di resina polimerica liquida, hanno difficoltà a ottenere la formazione di intrecciamenti densi durante il processo di fotopolimerizzazione. Tecniche come il DLP richiedono reazioni rapide per una produzione veloce e precisa, il che impedisce la formazione di lunghe catene polimeriche con intrecciamenti densi, essenziali per migliorare la rigidità e la robustezza.
Per affrontare questo compromesso, Abhishek Dhand e colleghi hanno introdotto una nuova tecnica chiamata Continuous Curing after Light Exposure Aided by Redox initiation, o CLEAR, che utilizza la polimerizzazione iniziata dalla luce e successivamente quella “oscura” per creare catene polimeriche altamente intrecciate all’interno delle strutture stampate in 3D. Dhand et al. hanno sviluppato monomeri che subiscono inizialmente una rapida polimerizzazione foto-initiata seguita da un processo più lento di polimerizzazione redox-initiata. L’approccio combinato consente di definire la forma iniziale dell’oggetto tramite luce, come avviene nella stampa DLP tradizionale, mentre una reazione chimica complementare di iniziazione redox continua a convertire i monomeri non reagiti, migliorando le prestazioni meccaniche complessive del materiale.
Questo metodo permette un’elevata conversione dei monomeri a temperatura ambiente senza necessità di ulteriori esposizioni a calore, luce o sostanze chimiche. Secondo i risultati, gli idrogel e gli elastomeri stampati con il metodo CLEAR presentano energie di estensione significativamente più elevate rispetto ai metodi DLP tradizionali, con un miglioramento che va da quattro a sette volte. Per dimostrare i vantaggi di CLEAR, Dhand et al. hanno utilizzato il metodo per stampare strutture ad alta risoluzione e multiformi con caratteristiche uniche, inclusi idrogel con adesione spazialmente personalizzata ai tessuti umidi, evidenziando il potenziale del metodo nelle applicazioni di produzione biomedica.
Rivista Science
DOI 10.1126/science.adn6925
Titolo dell’Articolo Additive manufacturing of highly entangled polymer networks
