Inchiostri per DIW: perché il riciclo è difficile
Nel Direct Ink Writing (DIW) la “tinta” deve scorrere nel nozzle quando è sottoposta a pressione, ma appena depositata deve recuperare rapidamente consistenza per sostenere gli strati successivi. Nella pratica, molte formulazioni usate oggi per DIW si basano su polimeri di origine fossile o su reticolazioni permanenti (covalenti) e/o post-trattamenti termici: soluzioni efficaci per la stabilità dimensionale, ma che rendono complesso (o impossibile) tornare indietro dal pezzo stampato al materiale iniziale senza degradarlo.
Il progetto Hereon: una “tinta” a base d’acqua con ~70% di lignina
Un team dell’Helmholtz-Zentrum Hereon, presso l’Institute of Functional Materials for Sustainability (Teltow, Germania), ha presentato una tinta per DIW in cui circa il 70% della frazione solida è lignina, un sottoprodotto abbondante della filiera carta/pasta di legno o ottenibile direttamente da biomassa. L’obiettivo non è “aggiungere un po’ di bio-contenuto” a un sistema tradizionale, ma usare un flusso di scarto come componente strutturale principale del materiale di stampa.
Ingredienti da scarti industriali: lignina (e, in alcune descrizioni, glicerolo)
Nelle comunicazioni collegate al lavoro, la formulazione viene descritta come acquosa e basata su lignina; in una presentazione/abstract associata, viene indicata anche la presenza di glicerolo come ulteriore componente di origine “waste/biomass” insieme alla lignina (70% in massa sulla parte secca), utile a modulare lavorabilità e comportamento meccanico. Questo dettaglio è importante perché chiarisce che la “stampabilità” non dipende da una post-cura chimica, ma dal modo in cui gli ingredienti regolano la reologia e le interazioni fisiche nel sistema.
Come stampa: scorre sotto pressione, poi si “ferma” senza post-cura
Secondo i risultati riportati, la tinta passa bene attraverso gli ugelli quando viene applicata pressione e, una volta depositata, recupera rapidamente resistenza “a riposo”, mantenendo la forma senza richiedere polimerizzazioni, reticolazioni irreversibili o cicli termici. Questo punto la differenzia da molte precedenti proposte lignin-based, spesso legate a trattamenti ad alta temperatura o a legami permanenti che bloccano la possibilità di re-impastare il materiale.
Riciclo “per reidratazione”: dal pezzo stampato di nuovo all’inchiostro
Il passaggio chiave è il riciclo: gli oggetti stampati possono essere reidratati (in sostanza, riportati in dispersione aggiungendo acqua) e trasformati nuovamente in tinta stampabile. I ricercatori indicano che questa operazione è ripetibile più volte senza perdita apprezzabile di prestazioni nel ciclo stampa-riciclo, una caratteristica rara nell’additive manufacturing quando si parla di materiali strutturali.
Prestazioni: risoluzione e stabilità termica fino a 200 °C
Oltre alla riciclabilità, viene riportata una buona risoluzione di stampa e stabilità di forma fino a 200 °C, un dato che suggerisce un potenziale utilizzo non solo per prototipi estetici ma anche per componenti che devono tollerare temperature elevate rispetto a molte matrici idrofile. In prospettiva, ciò può interessare prototipazione funzionale e parti per beni di consumo, componentistica e dispositivi, laddove la facilità di recupero del materiale riduce scarti e costi di iterazione.
“Wood-like”: cosa significa e perché la lignina è una candidata naturale
Il lavoro parla di inchiostri “wood-like”: la lignina è uno dei principali componenti strutturali del legno e, pur essendo prodotta in grandi quantità, è spesso sottoutilizzata rispetto al suo potenziale come building block per materiali. In letteratura, la valorizzazione della lignina è indicata come una delle strade per ridurre dipendenza da feedstock fossili e alzare il valore delle filiere bio-based, ma rimangono sfide legate a variabilità chimica, processabilità e prestazioni. Inserire la lignina in sistemi DIW riciclabili è un modo concreto di agganciare la “circolarità” alla fabbricazione additiva, invece di limitarla alla sola origine rinnovabile della materia prima.
Partner e comunicazione: anche VESC Studio nel racconto del progetto
In alcune ricostruzioni divulgative del lavoro compare anche VESC Studio insieme a Hereon, segno che—oltre alla chimica dei materiali—si sta lavorando sul trasferimento verso applicazioni e casi d’uso tangibili (design di oggetti, dimostratori, ecc.). È un aspetto da seguire, perché spesso la strada verso l’adozione passa da dimostrazioni ripetibili (processo) e da geometrie/prodotti che mettano in evidenza i vantaggi del DIW (personalizzazione, recupero materiale, bassa energia di processo).
Pubblicazione scientifica e prossimi passi
Lo studio è associato all’articolo “Room-Temperature, Aqueous-Based 3D Printing of Fully Recyclable Wood-like Inks from Upcycled Lignin”, pubblicato su ACS Sustainable Chemistry & Engineering (DOI: 10.1021/acssuschemeng.5c07974). I ricercatori indicano come prossimi passi la scalabilità della produzione dell’inchiostro e test applicativi in contesti dove contano davvero processi a bassa energia e riuso del materiale.
