Strato dopo Strato: Innovazione nella Stampa 3D
Nell’ambito dell’elettronica per automobili e dei componenti per aerei di linea commerciali, i materiali stampati in 3D sono ormai una realtà consolidata. La loro forza e le loro proprietà dipendono sia dalla composizione dei materiali che dai metodi di produzione. Nel laboratorio di Tarik Dickens, situato presso il FAMU-FSU College of Engineering, i ricercatori stanno perfezionando gli strumenti per la stampa 3D, creando materiali più performanti e resistenti per una vasta gamma di applicazioni.
Nuove Prospettive nella Produzione
“Con l’avvicinarsi del primo quarto del 21° secolo, ci sarà bisogno di prodotti e strutture sempre più personalizzati, con la capacità di creare dispositivi e strutture in modo rapido,” afferma Dickens. “Non sarà come nei precedenti decenni di ricerca industriale, dove si testava qualcosa per anni. Dovremo essere in grado di passare dall’idea iniziale al prototipo e al prodotto finale in un unico processo.”
La stampa 3D, conosciuta anche come produzione additiva, rende tutto ciò possibile.
Dallo Sviluppo alla Realizzazione
Dickens ha iniziato la sua carriera di ricerca lavorando sui materiali compositi multifunzionali, formati da due o più sostanze combinate per creare un nuovo materiale con funzionalità aggiuntive. Esempi di tali combinazioni vanno dal cemento armato al compensato, fino ai compositi ceramici utilizzati nei motori a reazione. Mescolando diverse sostanze in modi innovativi, gli scienziati possono creare materiali con proprietà specifiche e desiderate.
La produzione additiva e digitale offre nuove possibilità per lo sviluppo di materiali compositi, che ora costituiscono il fulcro della ricerca di Dickens.
Tecnologia Magnetica per la Stampa 3D
Un esempio rilevante del lavoro di Dickens è lo sviluppo di plastiche stampate in 3D contenenti minuscoli pezzi di metallo. Ha ideato un dispositivo magnetico capace di orientare le nanoparticelle in sospensioni fluide durante la stampa, regolando proprietà come la resistenza. Questo lavoro è parte del programma Centers of Research Excellence in Science and Technology Center della National Science Foundation. Il suo team ha ottenuto un brevetto per questa configurazione e sta lavorando su ulteriori apparecchi di stampa assistita.
“L’obiettivo è rendere comuni nella lavorazione additiva le strutture multimateriali e multifunzionali,” spiega Dickens. “Queste strutture hanno applicazioni diverse e possono incorporare proprietà dielettriche per la schermatura e le interferenze elettromagnetiche, oltre a rafforzare la struttura stessa.”
Prospettive Future
Un articolo di Dickens, insieme al dottorando Abdullah Al Noman e al ricercatore post-dottorato Balaji Krishna Kumar, pubblicato su Virtual and Physical Prototyping, ha esplorato lo stato della produzione additiva e la tecnica emergente della produzione additiva assistita sul campo. Questa tecnica utilizza elementi come magneti, acustica o elettricità per ottimizzare la stampa.
Combinando nanomateriali magnetici con materiali non magnetici, è possibile creare un composito con fibre orientate in una direzione specifica, ottenendo un prodotto finale con proprietà di resistenza definite. Il gruppo ha testato varie combinazioni di filo o polvere come materiali di stampa, individuando il rapporto ottimale per garantire massima resistenza e flessibilità.
La ricerca nella stampa 3D, inclusa quella sviluppata da Dickens, potrebbe portare alla creazione di modelli personalizzati o prototipi rapidi per molteplici applicazioni. Con il progredire della produzione additiva, gli ingegneri lavorano per rendere questa tecnologia sempre più accessibile.
“E se potessimo svegliarci ogni mattina e avere una macchina nuova?” riflette Dickens. “Sono un appassionato di automobili. Mi piacerebbe svegliarmi e guidare una Ferrari un giorno e una Maserati il giorno dopo. In questo senso, la produzione additiva potrebbe diventare comune come i computer nelle case. Se ogni casa avesse una stampante 3D, sarebbe come una tecnologia uscita da ‘Star Trek’.”
