La tecnica di stampa 3D ibrida crea strutture plastica-metallo tutte in una volta

Fino ad ora, le tecnologie di produzione additiva di metallo e plastica sono state incompatibili tra loro perché i loro punti di fusione sono molto diversi. Inoltre, le attuali stampanti 3D utilizzano solo plastica o metallo e il metodo convenzionale per rivestire in metallo le strutture in plastica 3D non è rispettoso dell’ambiente e produce risultati scadenti. Ora, i ricercatori della Waseda University in Giappone hanno sviluppato un metodo nuovo e semplice per le strutture di stampa 3D realizzate sia in metallo che in plastica grazie a una stampante termoplastica su misura e disponibile in commercio per la fabbricazione di filamenti fusi ( FFF ). Questa nuova tecnica di stampa 3D ibrida potrebbe estendere l’uso delle stampanti 3D all’elettronica 3D per future applicazioni di robotica e Internet delle cose (IoT).

Secondo uno studio pubblicato sulla rivista Additive Manufacturing , un gruppo di scienziati guidato da Shinjiro Umezu, professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica moderna della Waseda University, ha creato una nuova tecnologia in grado di metallizzare aree selezionate di strutture plastiche stampate in 3D. La struttura 3D è stata prodotta utilizzando una stampante 3D Ultimaker S3 a doppia estrusione . Un ugello ha estruso la plastica standard fusa acrilonitrile butadiene stirene (ABS), mentre l’altro ugello ha estruso un filamento ABS fabbricato su misura caricato con il prezioso catalizzatore di cloruro di palladio (PdCl2).

Stampando selettivamente strati utilizzando un ugello o l’altro, il team è stato in grado di utilizzare un filamento ABS puro convenzionale per produrre la struttura principale del pezzo, mentre aree specifiche dell’oggetto 3D sono state caricate con Pd. Quindi, la struttura stampata in 3D è stata immersa direttamente in un bagno di placcatura elettrolitica al nichel per rivestire il metallo sulle aree superficiali di plastica stampate in 3D selezionate con una forte adesione. La tecnologia di stampa 3D in plastica proposta accoppiata con la placcatura elettrolitica non richiede alcuna incisione (che secondo gli autori utilizza spesso acido cromico, una sostanza chimica molto tossica che è fortemente regolamentata in tutto il mondo) o irruvidimento della struttura in ABS (che è necessaria per la tradizionale placcatura elettrolitica su strutture in plastica per una forte adesione).

Inoltre, secondo i ricercatori, il loro metodo è in realtà un importante miglioramento rispetto al processo di metallizzazione convenzionale utilizzato per rivestire strutture in plastica 3D con metallo. Descrivono che in un approccio più convenzionale, un oggetto di plastica viene stampato in 3D e quindi immerso in una soluzione contenente il raro e brillante palladio di metallo bianco-argenteo, che aderisce alla superficie dell’oggetto. Successivamente, il pezzo viene immerso in un bagno di placcatura non elettrolitico che, utilizzando il palladio depositato come catalizzatore, fa aderire gli ioni metallici disciolti all’oggetto.

Sebbene tecnicamente valido, l’approccio convenzionale produce un rivestimento metallico che non è uniforme e aderisce male alla struttura in plastica, hanno descritto i ricercatori. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che nella tradizionale placcatura non elettrolitica, il catalizzatore o il precursore del catalizzatore non è precaricato nel pezzo in lavorazione e il trattamento di catalizzazione viene condotto separatamente.


“Anche se le stampanti 3D ci consentono di creare strutture 3D da metallo e plastica, la maggior parte degli oggetti che vediamo intorno a noi sono una combinazione di entrambi, compresi i dispositivi elettronici. Pertanto, abbiamo pensato che saremmo stati in grado di espandere le applicazioni delle stampanti 3D convenzionali se fossimo riusciti a usarle per creare oggetti 3D fatti sia di metallo che di plastica “, ha affermato Umezu, anche a capo del Micro / Nano Fabrication Lab presso la Waseda University . “Il nostro metodo di stampa 3D ibrido ha aperto la possibilità di fabbricare elettronica 3D in modo che i dispositivi e i robot utilizzati nell’assistenza sanitaria e infermieristica potessero diventare significativamente migliori di quelli che abbiamo oggi”.

Umezu ha indicato che la stampa 3D ibrida metallo-plastica potrebbe diventare molto rilevante nel prossimo futuro considerando il suo potenziale utilizzo nell’elettronica 3D, che è al centro delle imminenti applicazioni dell’IoT e dell’intelligenza artificiale.

Inoltre, il team ha concluso che poiché molti metalli (compreso il nichel) e le loro leghe possono essere depositati mediante placcatura senza elettrolisi, la tecnologia di stampa 3D proposta è ampiamente applicabile per la produzione di strutture 3D con varie caratteristiche metalliche, come circuiti, catalizzatori metallici, lucentezza. aspetto e durezza in regioni selezionate.

La tecnica ibrida è stata un lavoro collaborativo dei ricercatori della Nanyang Technological University , a Singapore; Il produttore giapponese di rivestimenti Yoshino Denka Kogyoe la Waseda University. Nel complesso, gli scienziati hanno suggerito che la loro tecnologia di stampa 3D proposta presenta diversi vantaggi, vale a dire la metallizzazione selettiva per area; compatibilità con la normale stampa 3D FFF disponibile in commercio; nessun danno alla struttura stampata (incisione superficiale o irruvidimento) e compatibilità ambientale, ovvero non sono coinvolti prodotti chimici tossici. I risultati dello studio hanno mostrato una metallizzazione selettiva e rispettosa dell’ambiente con una forte adesione su una struttura in ABS stampata in 3D, aprendo la strada alla tecnologia di stampa 3D ibrida che consentirà la combinazione di metallo e plastica.

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