Metodo di Stampa 3D Sostenibile e Reversibile Utilizza Pochi Ingredienti e Passaggi
Un nuovo metodo di stampa 3D, sviluppato dagli ingegneri dell’Università della California, San Diego, si distingue per la sua semplicità: utilizza un inchiostro polimerico e una soluzione di acqua salata per creare strutture solide. Questo lavoro, pubblicato su Nature Communications, ha il potenziale per rendere la produzione di materiali più sostenibile e rispettosa dell’ambiente.
Il Processo di Solidificazione con PNIPAM
Il processo si basa su una soluzione liquida di polimero chiamata poli(N-isopropilacrilammide), abbreviata in PNIPAM. Quando l’inchiostro PNIPAM viene estruso attraverso un ago in una soluzione di cloruro di calcio, si solidifica immediatamente al contatto con l’acqua salata. I ricercatori hanno utilizzato questo metodo per stampare con facilità strutture solide.
Questa rapida solidificazione è guidata da un fenomeno noto come effetto di salting-out, dove gli ioni del sale attirano le molecole d’acqua fuori dalla soluzione polimerica a causa della loro forte affinità con l’acqua. Questa rimozione dell’acqua fa sì che le catene polimeriche idrofobiche nell’inchiostro PNIPAM si aggreghino densamente, formando una struttura solida.
Vantaggi Ambientali e Flessibilità del Metodo
“Questo processo avviene interamente in condizioni ambientali, senza bisogno di passaggi aggiuntivi, attrezzature specializzate, sostanze chimiche tossiche, calore o pressione,” ha spiegato Jinhye Bae, autore senior dello studio e professore nel Dipartimento di Ingegneria Chimica e Nanoingegneria Aiiso Yufeng Li presso la Jacobs School of Engineering dell’Università della California, San Diego.
I metodi tradizionali per solidificare i polimeri solitamente richiedono passaggi energivori e sostanze aggressive. Al contrario, questo nuovo processo sfrutta la semplice interazione tra PNIPAM e acqua salata a temperatura ambiente per ottenere lo stesso risultato, ma senza il costo ambientale.
Inoltre, il processo è reversibile. Le strutture solide prodotte possono essere facilmente dissolte in acqua dolce, ritornando alla loro forma liquida. Questo permette di riutilizzare l’inchiostro PNIPAM per ulteriori stampe. “Questo offre un approccio semplice e rispettoso dell’ambiente per riciclare i materiali polimerici,” ha affermato Bae.
Dimostrazione di Versatilità
Per dimostrare la versatilità del metodo, i ricercatori hanno stampato strutture utilizzando inchiostri PNIPAM contenenti altri materiali. Ad esempio, hanno stampato un circuito elettrico utilizzando un inchiostro composto da PNIPAM e nanotubi di carbonio, che ha alimentato con successo una lampadina. Questo circuito stampato potrebbe anche essere dissolto in acqua dolce, dimostrando il potenziale per creare componenti elettronici solubili in acqua e riciclabili.
Bae e il suo team immaginano che questa tecnica di stampa 3D semplice e reversibile possa contribuire allo sviluppo di tecnologie di produzione di polimeri ecocompatibili.
Articolo: “Sustainable 3D printing by reversible salting-out effects with aqueous salt solutions.” Co-autori includono Donghwan Ji, Joseph Liu, Jiayu Zhao, Minghao Li e Yumi Rho dell’Università della California, San Diego; e Hwanshoo Shing e Tae Hee Han della Hanyang University, Corea.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation attraverso il Centro di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università della California, San Diego (MRSEC, grant DMR-2011924) e dal Programma di Ricerca di Base attraverso la National Research Foundation della Corea finanziato dal Ministero dell’Istruzione (grant RS-2023-00241263).
Dichiarazioni: Jinhye Bae, Joseph Liu e Donghwan Ji hanno depositato un brevetto per questo lavoro attraverso l’Ufficio di Innovazione e Commercializzazione dell’Università della California, San Diego. Gli autori dichiarano di non avere interessi in conflitto.
Rivista: Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-024-48121-7
Titolo dell’Articolo: Sustainable 3D printing by reversible salting-out effects with aqueous salt solutions
