I nuovi sviluppi nella stampa 3D volumetrica suggeriscono un solo futuro per la stampa 3D in resina: volumetrica.
Se non hai ancora sentito parlare della stampa 3D volumetrica, non sono sorpreso perché ci sono pochissimi – forse solo uno – prodotti commerciali per stampanti 3D volumetriche annunciati e nessuno è stato ancora spedito.
Il brusio sulla tecnologia sta lentamente crescendo man mano che sempre più persone scoprono di cosa si tratta e come potrebbe cambiare le cose. Abbiamo scritto più storie sulla tecnologia , incluso un pezzo sul primo dispositivo volumetrico annunciato di xolo, lo xube .
La base della tecnologia consiste nell’utilizzare una vasca di resina fotopolimerica trasparente e la proiezione della luce per formare oggetti. Sembra molto simile agli approcci SLA, DLP o MSLA standard, ma sono tutti di natura 2D: stampano gli oggetti strato dopo strato.
La stampa 3D volumetrica, invece, è in grado di stampare in 3D TUTTO L’OGGETTO TUTTO IN UNA VOLTA.
Il processo prevede la proiezione di modelli di luce mutevoli nella vasca mentre ruota. Le immagini proiettate sono generate creando una sorta di vista a “raggi X” da ogni rispettiva angolazione.
Se ti suona familiare, potresti renderti conto che è simile alle scansioni TC, in cui i raggi X passano attraverso un paziente e vengono combinati per formare un’immagine 3D. La stampa 3D volumetrica è esattamente così, ma al contrario. Genera le immagini per stampare il “paziente”.
Il vantaggio della stampa 3D volumetrica è principalmente la velocità: le stampe possono effettivamente essere completate in pochi minuti, a volte anche secondi! Questa tecnologia è quella che infrangerà per sempre la barriera della velocità che ha trattenuto la stampa 3D sin da quando è stata concepita decenni fa.
Ma ci sono ancora molte sfide da superare.
Ci sono molte domande sui possibili materiali che possono essere utilizzati, poiché è necessario disporre di resine trasparenti. Ciò può precludere resine che includono additivi che forniscono proprietà utili, che sono comunemente utilizzate nella stampa 3D di resina 2D.
Ci sono anche domande sulla quantità di energia necessaria per spingere la luce attraverso una vasca grande e profonda: se l’energia viene assorbita troppo presto, la qualità potrebbe risentirne.
Questi e altri problemi possono significare la fine dei sogni volumetrici, ma questo potrebbe non essere vero. Oggi sono in corso ricerche significative in diverse istituzioni per superarle e aumentare in generale la capacità dei processi volumetrici.
Una configurazione sperimentale della stampante 3D volumetrica [Fonte: Natura]
Un recente esempio di miglioramento volumetrico è apparso in Nature, dove i ricercatori hanno aggiunto capsule alla resina che avrebbero convertito la luce in ingresso a frequenze più favorevoli per la polimerizzazione. Spiegano:
“Per indurre la fotopolimerizzazione in profondità all’interno di una vasca, il progresso chiave è la nanoincapsulazione della soluzione di upconversion di fotoni all’interno di un guscio di silice decorato con ligandi polimerici solubilizzanti. Questo approccio di autoassemblaggio scalabile consente la dispersione delle nanocapsule senza dispersione in una varietà di supporti organici senza perdere il contenuto della capsula. Introduciamo inoltre una strategia eccitonica per controllare sistematicamente la soglia di conversione verso l’alto per supportare schemi di stampa monovoxel o parallelizzati, stampando a densità di potenza di più ordini di grandezza inferiori alle densità di potenza richieste per la stampa 3D basata su due fotoni.
Pessimi risultati #3DBenchy realizzati con un dispositivo volumetrico. Sovraesposta a sinistra, sottoesposta a destra [Fonte: Natura]
Fondamentalmente i ricercatori, con gli insoliti additivi di resina, sono stati in grado di stampare in 3D con una potenza notevolmente inferiore rispetto a quella utilizzata dai precedenti progetti di stampanti 3D volumetriche. Chiamano questo processo “upconversion di triplette”.
È un processo affascinante in cui la luce rossa passa attraverso la resina per causare collisioni che emettono luce blu, che provoca la polimerizzazione. Attraverso questo approccio sono in grado di ottenere un controllo significativo sul processo di polimerizzazione.
Ottimizzando la chimica degli additivi, la velocità di stampa e la potenza del laser, potrebbero “tracciare un punto focale ben definito nello spazio”. Ciò ha consentito loro di riprodurre caratteristiche fino a 0,05 mm e ritengono di poter ottenere risultati ancora migliori in futuro.
Un migliore #3DBenchy stampato utilizzando un dispositivo volumetrico [Fonte: Natura]
Dove potrebbe portare questa ricerca? Spiegano:
“Questa tecnica consente di stampare in resine che non possono essere stampate in una configurazione di stampa 3D SLA tradizionale, come resine ad alta viscosità, resine che richiedono tecniche di polimerizzazione senza aria48 o stampe con parti morbide o flessibili. Andando avanti, l’ingegneria ottica dei sistemi basati sulla proiezione per ottenere un’apertura numerica elevata su un ampio campo visivo consentirà l’accesso a stampe 3D sempre più complesse a 100.000 pixel alla volta utilizzando laser a onda continua e bassa energia: stampa 3D senza passaggi tra gli strati .15,47 Ci aspettiamo la capacità di regolare il comportamento della soglia su ordini di grandezza per facilitare l’adattamento di questi UCNC a una varietà di schemi di eccitazione di stampa oltre alle semplici stampanti monovoxel o ad eccitazione parallela qui dimostrate, come approcci di stampa basati su proiettore completo, che può abilitare una varietà di applicazioni che richiedono una stampa 3D rapida, personalizzabile e di precisione. Infine, prevediamo di combinare questa tecnica con i recenti sviluppi tecnologici nella parallelizzazione ottica per aumentare notevolmente le velocità di stampa”.
Questa è una notizia incredibilmente buona per la tecnologia volumetrica. Mentre il processo è ancora in fase di sviluppo, il fatto che i ricercatori siano stati in grado di superare diverse barriere in questo documento suggerisce che ce ne sarà ancora.
Ad un certo punto la tecnologia sarà fattibile per la commercializzazione, e quindi inizieremo a vedere una rapida esplosione della tecnologia volumetrica che alla fine potrebbe sostituire molte delle odierne stampanti 3D in resina.
