Ricercatori statunitensi studiano la stampa 3D con la luce del vicino infrarosso (NIR).
I ricercatori statunitensi dell’Università del Texas ad Austin hanno studiato l’uso della luce nel vicino infrarosso nelle tecnologie di stampa 3D basate sulla luce a favore della luce viola e ultravioletta (UV). Il loro obiettivo era rendere possibile la stampa 3D di biomateriali e compositi con stampanti 3D basate sulla luce (DLP). I ricercatori ritengono che il loro studio fornirà importanti spunti per le tecnologie di fotopolimerizzazione basate sulla luce di prossima generazione. Riassumiamo i risultati della ricerca precedente.
I ricercatori dell’Università del Texas ad Austin hanno esplorato l’uso della luce nel vicino infrarosso (NIR) nelle tecnologie di stampa 3D basate sulla luce a favore della luce viola e ultravioletta (UV). Nel loro studio proof-of-concept, hanno polimerizzato resine infuse di nanoparticelle per realizzare la stampa 3D di biomateriali e compositi con stampanti 3D a base di luce . Questo è stato difficile da risolvere con le attuali stampanti 3D basate sulla luce. Hanno pubblicato i loro risultati in un documento intitolato ” Elaborazione della luce digitale ‘invisibile’ con stampa 3D con luce nel vicino infrarosso ” sulla rivista Applied Materials and Interfaces .
Dettagli dello studio
Secondo i ricercatori, le strutture stampate con NIR avevano una fedeltà delle caratteristiche migliorata rispetto alla luce UV. Durante il loro studio, i ricercatori si sono concentrati sulla stampa 3D DLP . Nella maggior parte delle tecnologie di stampa 3D basate sulla luce come DLP e LCD, la luce UV a onde corte ad alta intensità è ora standard. L’esposizione dei campioni stampati in 3D ai raggi UV può comportare un assorbimento, una dispersione e una degradazione penetranti. Ciò riduce la scelta di materiali compatibili con questi processi.
Inoltre, all’aumentare della lunghezza d’onda della luce, aumenta la sfida intrinseca di far corrispondere la velocità e la risoluzione della fotopolimerizzazione con i metodi tradizionali basati sui raggi UV. I ricercatori hanno tentato di dimostrare un sistema fotografico che consente la stampa 3D basata sulla luce NIR a bassa intensità e lunghezza d’onda lunga. Hanno utilizzato la luce NIR nella gamma di lunghezze d’onda 400-780 nm per produrre resine per stampa 3D arricchite con nanoparticelle con effetti di dispersione e assorbimento significativamente ridotti.
Verifica teorica
I ricercatori hanno combinato un colorante alla cianina che assorbe i NIR con coppie redox ricche di elettroni e povere di elettroni e hanno ottenuto una fotopolimerizzazione catalitica rapida. Hanno ottimizzato la composizione della resina e i parametri di stampa per bilanciare la velocità del processo a meno di 60 secondi per strato con una risoluzione delle caratteristiche inferiore a 300 μm.
Usando il nerofumo come agente opacizzante, sono stati in grado di ottenere piccole caratteristiche, come caratteristiche laterali di 100 μm e caratteristiche verticali di 25 μm, con tempi di esposizione inferiori a 60 secondi per strato. Attraverso il monitoraggio spettroscopico e reologico in loco, i ricercatori hanno caratterizzato la velocità di polimerizzazione e il tempo di solidificazione dopo l’irradiazione con luce NIR. Alla fine, hanno ottenuto la stampa 3D DLP composita basata su NIR con resine infuse di nanoparticelle per fornire strutture con una fedeltà delle caratteristiche migliorata rispetto a quelle realizzate con UV.
Fotografie di stampe stenopeiche quadrate realizzate con luce NIR a 850 nm con diverse composizioni e caricamento di nanoparticelle (Immagine © University of Texas at Austin).
I ricercatori si aspettano che il loro studio fornisca importanti spunti per le tecnologie di fotopolimerizzazione basate sulla luce di prossima generazione, consentendo la stampa 3D multimateriale selettiva in lunghezza d’onda di biomateriali e compositi. Per ottenere una polimerizzazione di 10 secondi per strato di 100 μm, la ricerca dovrebbe concentrarsi sull’identificazione di composizioni di resine attivate dalla luce NIR con una durata di conservazione estesa e sul miglioramento del design del fotocatalizzatore.
