“Growth Printing”: un nuovo approccio alla stampa 3D ispirato alla crescita naturale
Un gruppo di ricerca del Beckman Institute for Advanced Science and Technology ha messo a punto un metodo alternativo per la produzione additiva, ispirato al modo in cui crescono gli alberi. Il processo, denominato “Growth Printing” (GP), permette la realizzazione di componenti in materiale polimerico senza l’impiego di stampi tradizionali né di apparecchiature complesse. L’attività di ricerca è stata coordinata dal professor Sameh Tawfick dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign ed è stata descritta in un articolo pubblicato sulla rivista Advanced Materials.
Una polimerizzazione che si propaga autonomamente
Il principio su cui si basa il processo è la polimerizzazione frontale, ovvero una reazione chimica che avanza in modo autonomo attraverso il materiale, alimentata dal calore generato dalla reazione stessa. Nel caso specifico, viene utilizzato il diciclopentadiene (DCPD) come base reattiva. Quando un elemento riscaldato viene immerso nella resina liquida, avvia una reazione esotermica che si propaga in modo uniforme verso l’esterno, facendo solidificare il materiale lungo la direzione desiderata.
Il componente prende forma man mano che l’elemento riscaldante si muove verso l’alto: la parte già solidificata viene così “estratta” dalla massa di resina ancora fluida. La geometria finale dell’oggetto dipende dalla traiettoria seguita durante questo movimento. Questo metodo consente di modellare direttamente i pezzi senza necessità di supporti strutturali o sistemi di guida complessi.
Controllo del processo e modellazione precisa
Per migliorare l’accuratezza del processo, il team ha sviluppato un algoritmo di progettazione inversa, basato su modelli matematici che descrivono la diffusione della reazione e la solidificazione del materiale. Questo permette di ottenere una buona precisione nella realizzazione dei componenti desiderati.
Dal punto di vista tecnico, la velocità del fronte di polimerizzazione si aggira intorno a 1 millimetro al secondo. Anche se questo valore non è superiore rispetto ad altri sistemi di stampa 3D già in uso, il processo si distingue per il contenuto energetico contenuto e per l’impiego ottimizzato del materiale, riducendo sprechi e costi operativi.
Possibili applicazioni nel campo dei polimeri strutturali
Il metodo GP mostra un potenziale interessante soprattutto per la produzione di componenti polimerici robusti, che devono essere realizzati in modo diretto, senza lunghi passaggi di finitura. La combinazione tra un processo di polimerizzazione efficiente e la possibilità di controllare la crescita dell’oggetto apre nuove prospettive per l’impiego della stampa 3D in ambiti dove è richiesta una produzione semplice ma accurata, con un impatto contenuto sul consumo di risorse.
