Resine SLA conduttive: uno studio del CNR usa PEDOT:PSS e nano-grafite

Il gruppo di ricerca italiano del Consiglio Nazionale delle Ricerche ha sviluppato una formulazione di resina fotopolimerica per stampa 3D MSLA capace di ottenere componenti con conducibilità elettrica misurabile. Il lavoro combina una resina lavabile in acqua con PEDOT:PSS, nano-grafite e DMSO, con l’obiettivo di portare la stampa 3D a resina verso applicazioni più funzionali: sensori, elettronica morbida, strutture leggere conduttive e componenti con proprietà elettriche controllabili.

Lo studio, pubblicato su Journal of Composites Science con il titolo Development of 3D-Printed Electrically Conductive Photopolymer Resins Modified with PEDOT:PSS and Nano-Graphite, è firmato da Marco Conti, Tommaso Rossi, Simone Serrecchia, Antonella Macagnano ed Emiliano Zampetti, tutti affiliati all’Institute of Atmospheric Pollution Research – National Research Council, nella sede CNR dell’area di ricerca di Roma 1, a Montelibretti. L’articolo è stato pubblicato il 23 aprile 2026.

Perché rendere conduttiva una resina SLA è difficile

La stampa 3D a resina, nelle sue varianti SLA, DLP e MSLA, è apprezzata per precisione, superficie liscia e capacità di produrre dettagli molto fini. Il limite è che la maggior parte delle resine fotopolimeriche resta elettricamente isolante. Per molte applicazioni va benissimo: modelli, prototipi estetici, parti meccaniche leggere, componenti dentali, gioielleria, microfluidica, stampi e attrezzature. Ma quando si parla di sensori, contatti, elettrodi, schermature o supporti per elettronica, l’isolamento elettrico diventa un vincolo.

Nel mondo FFF/FDM esistono da anni filamenti caricati con carbon black, grafene, nanotubi di carbonio o altre cariche conduttive. Nelle resine, la situazione è più complessa. Le particelle conduttive scuriscono la formulazione, assorbono o disperdono la luce UV e possono ostacolare la polimerizzazione. Inoltre aumentano viscosità, sedimentazione e instabilità della miscela. Il risultato è un compromesso difficile: più carica significa più conducibilità, ma anche maggiore difficoltà di stampa e minore profondità di cura. Lo stesso studio segnala proprio questi problemi, parlando di attenuazione della luce a 405 nm, dispersione dei filler e aumento della viscosità come ostacoli centrali per le resine conduttive MSLA.

La scelta dei materiali: PEDOT:PSS, nano-grafite e DMSO

Il cuore della ricerca è la combinazione di tre elementi. Il primo è PEDOT:PSS, cioè poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), un polimero conduttivo molto usato nell’elettronica stampata, nei dispositivi flessibili, nei tessuti intelligenti, nei sensori e in applicazioni optoelettroniche. È interessante perché può essere processato in dispersione acquosa e perché unisce conducibilità, flessibilità e lavorabilità.

Il secondo elemento è la nano-grafite, che aiuta a creare percorsi conduttivi all’interno della matrice polimerica. In una resina composita non basta aggiungere una particella conduttiva: serve creare una rete continua, o almeno abbastanza connessa, per permettere agli elettroni di muoversi attraverso il pezzo stampato. La soglia in cui queste particelle iniziano a comunicare tra loro viene spesso indicata come soglia di percolazione. Superarla può far aumentare la conducibilità di molti ordini di grandezza.

Il terzo elemento è il DMSO, dimetilsolfossido, usato come dopante secondario. Il DMSO è noto nella letteratura su PEDOT:PSS perché può migliorare il trasporto di carica modificando la struttura e l’organizzazione del polimero. In uno studio sul PEDOT:PSS trattato con DMSO, l’aggiunta del solvente ha aumentato la conducibilità di tre ordini di grandezza rispetto al PEDOT:PSS non trattato.

Cosa hanno ottenuto i ricercatori

Il gruppo ha preparato sistemi con singolo filler e formulazioni ibride, poi li ha stampati tramite MSLA, masked stereolithography. Dopo la stampa, i campioni sono stati sottoposti a trattamenti termici sequenziali: cura a 25 °C per 48 ore, poi annealing a 80 °C e infine a 120 °C. L’obiettivo era osservare come cambiassero conducibilità e microstruttura durante la stabilizzazione del materiale.

Il risultato più alto è stato ottenuto con la formulazione ibrida contenente PEDOT:PSS, grafite e DMSO, che ha raggiunto una conducibilità trasversale di 9,40 × 10⁻² S/cm. La formulazione con PEDOT:PSS e grafite senza DMSO si è fermata a 2,6 × 10⁻³ S/cm, mentre i campioni con sola grafite hanno raggiunto 9,76 × 10⁻⁴ S/cm. Il dato più interessante non è solo il valore massimo, ma il fatto che la conducibilità sia cresciuta dopo ogni passaggio termico, segno di un miglioramento progressivo dei percorsi di trasporto della carica.

Le analisi al microscopio elettronico a scansione hanno mostrato una migliore dispersione e interconnessione dei filler nella matrice. Questo è un punto decisivo: in un composito conduttivo, il comportamento elettrico dipende molto da come le particelle si distribuiscono, si toccano e formano una rete interna. Una miscela con molti filler ma mal distribuiti può funzionare peggio di una formulazione meno caricata ma più ordinata.

Non solo antistatico: verso parti funzionali

Oggi alcune resine commerciali per stampa 3D sono pensate per applicazioni ESD, cioè per dissipare cariche elettrostatiche. È il caso, per esempio, di materiali destinati ad attrezzature, dime e supporti per la produzione elettronica. Formlabs indica che, fatta eccezione per la sua ESD Resin, le sue resine SLA sono sostanzialmente isolanti, con resistività superficiale superiore a 2 × 10¹⁴ Ω/sq; la ESD Resin serve invece a gestire la dissipazione elettrostatica.

Anche Henkel, con LOCTITE 3D IND3380BK, propone una resina UV con proprietà ESD per parti stampate in 3D, indicata con resistività superficiale nell’intervallo 10⁴–10¹¹ Ω secondo DIN EN 61340-2-3, con valori che dipendono da orientamento di stampa e geometria.

La ricerca del CNR lavora su un piano diverso: non soltanto dissipare cariche statiche, ma formulare una resina fotopolimerica capace di produrre parti con conducibilità elettrica più marcata e regolabile. Non significa che il materiale sia pronto a sostituire rame, argento o piste metalliche; significa però che la stampa a resina può iniziare a entrare in applicazioni dove il pezzo non è solo supporto meccanico, ma anche elemento funzionale.

Per quali applicazioni può essere utile

Una resina MSLA conduttiva potrebbe essere interessante per sensori, piccoli elettrodi, supporti per dispositivi di laboratorio, schermature leggere, prototipi per soft electronics, elementi per interfacce bioelettroniche e componenti in cui serve combinare geometria fine e risposta elettrica. Lo studio cita esplicitamente sensori, soft electronics e strutture conduttive leggere tra le applicazioni potenziali.

Il vantaggio della stampa MSLA è la possibilità di ottenere dettagli piccoli, pareti sottili e geometrie complesse con costi macchina relativamente contenuti rispetto ad altre tecnologie. Se una parte stampata può anche condurre, si riducono alcune lavorazioni successive: vernici conduttive, metallizzazione, incollaggio di piste, inserimento manuale di contatti o assemblaggi separati. Questo non elimina il post-processing, perché lavaggio, post-cura e trattamenti termici restano parte del processo, ma può semplificare la costruzione di piccoli dispositivi sperimentali.

Il nodo della resina lavabile in acqua

Un dettaglio interessante è l’uso di una resina water-washable, cioè lavabile in acqua. Le resine lavabili in acqua sono diffuse nel mercato consumer e semi-professionale perché riducono l’uso di solventi come IPA nelle fasi di pulizia. In una ricerca su materiali funzionali, però, questa scelta apre anche problemi tecnici: PEDOT:PSS nasce spesso in dispersione acquosa, mentre la presenza di acqua, cariche e additivi può interferire con fotopolimerizzazione, stabilità, viscosità e conservazione della miscela.

Per arrivare a una formulazione stampabile, quindi, non basta “mescolare” un polimero conduttivo dentro una resina. Serve controllare compatibilità chimica, omogeneità, tempi di esposizione, assorbimento della luce, sedimentazione, post-cura e trattamento termico. Il fatto che il gruppo abbia ottenuto campioni stampati e caratterizzati indica che l’equilibrio tra stampa e conducibilità può essere raggiunto, almeno in condizioni di laboratorio.

Perché il trattamento termico è importante

Il trattamento a 80 °C e 120 °C non è un dettaglio secondario. Nei materiali conduttivi basati su PEDOT:PSS e filler carboniosi, calore e solventi possono modificare la disposizione delle catene polimeriche, la rimozione di residui, l’organizzazione dei domini conduttivi e il contatto tra particelle. In pratica, il pezzo stampato non raggiunge necessariamente le sue proprietà finali appena esce dalla stampante: la conducibilità può cambiare dopo cura e annealing.

Questo punto ha conseguenze pratiche. Se un laboratorio volesse usare una resina simile, dovrebbe trattare il post-processing come parte della “ricetta elettrica” del materiale. Non basta indicare tempo di esposizione e spessore layer; servono anche temperatura, durata della post-cura, eventuale forno, geometria del campione e condizioni di misura. Lo studio del CNR mostra proprio che la conducibilità aumenta in modo coerente dopo i passaggi termici, indicando che la fase successiva alla stampa influisce sul trasporto di carica.

Cosa manca prima di una resina commerciale

Il lavoro è promettente dal punto di vista scientifico, ma non va letto come una scheda prodotto pronta per il mercato. Restano domande tipiche di ogni resina caricata: stabilità nel tempo, sedimentazione nel vat, durata della miscela, ripetibilità tra lotti, compatibilità con stampanti diverse, comportamento su volumi di stampa più grandi, effetto dell’orientamento del pezzo, resistenza meccanica, fragilità, assorbimento d’acqua e stabilità elettrica nel tempo.

C’è poi il tema della sicurezza e della gestione dei materiali. Le resine fotopolimeriche richiedono sempre guanti, protezione, lavaggio corretto e smaltimento adeguato. L’aggiunta di nano-grafite, PEDOT:PSS e DMSO non rende il materiale automaticamente più semplice da usare. Una formulazione industriale dovrebbe definire chiaramente scheda di sicurezza, parametri di stampa, procedure di filtraggio, conservazione e pulizia del sistema.

Un contributo italiano in un settore in crescita

Il lavoro di Marco Conti, Tommaso Rossi, Simone Serrecchia, Antonella Macagnano ed Emiliano Zampetti si inserisce in una linea di ricerca importante: portare la stampa 3D a resina oltre la funzione puramente strutturale. Il fatto che gli autori provengano dal CNR-IIA è significativo anche per un altro motivo: la sensoristica, il monitoraggio ambientale e i dispositivi funzionali sono ambiti in cui materiali conduttivi stampabili possono avere ricadute concrete.

La stessa area di ricerca compare in altri lavori collegati a sensori, materiali nanostrutturati e supporti stampati in 3D, segno che la stampa additiva viene usata non solo per produrre involucri o prototipi, ma come parte della progettazione funzionale del dispositivo.

Conclusione

La ricerca sulla resina MSLA modificata con PEDOT:PSS, nano-grafite e DMSO mostra una direzione chiara: rendere la stampa 3D a resina capace di produrre componenti con proprietà elettriche controllabili, senza rinunciare ai vantaggi di precisione e definizione tipici delle tecnologie SLA/DLP/MSLA.

Il valore del lavoro non sta nel dichiarare che da domani si potranno stampare circuiti completi con una normale stampante a resina. La parte interessante è più concreta: formulare un materiale composito stampabile, lavabile in acqua, capace di passare da comportamento isolante a conducibilità misurabile, con prestazioni migliorate dalla combinazione tra polimero conduttivo, filler carbonioso e trattamento termico.

Per chi lavora con sensori, prototipi elettronici, soft electronics e piccoli dispositivi funzionali, questa linea di ricerca può diventare una base utile. La stampa 3D a resina potrebbe non limitarsi più a creare il contenitore o la forma del dispositivo, ma iniziare a partecipare alla sua funzione elettrica.