Nuova tecnica di stampa 3D per la ceramica permette la realizzazione di microstrutture ad alta precisione
Un innovativo metodo di stampa 3D potrebbe migliorare significativamente la produzione di strutture in ceramica. Ricercatori della Carnegie Mellon University hanno sviluppato la tecnologia 3D-AJP (Aerosol Jet Printing), che consente di creare microstrutture complesse con dimensioni fino a dieci micrometri. Queste scale dimensionali risultano difficili da ottenere con i metodi tradizionali, poiché la fragilità della ceramica ne causerebbe la rottura.
Vantaggi della tecnologia 3D-AJP
“Sarebbe impossibile produrre strutture ceramiche così piccole e precise con le tecniche convenzionali, poiché si frantumerebbero”, afferma Rahul Panat, professore di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon University e autore principale dello studio.
Le ceramiche offrono resistenza alle alte temperature, elevata durezza e biocompatibilità, caratteristiche che le rendono adatte a molteplici applicazioni. Tuttavia, nei processi di stampa 3D esistenti, la fase di post-lavorazione comporta una significativa contrazione del materiale, poiché gli additivi organici presenti nella miscela di stampa vengono eliminati. Questo fenomeno può ridurre le dimensioni del componente fino al 43%, compromettendo la precisione geometrica. 3D-AJP utilizza un approccio privo di inchiostro, limitando il ritiro del materiale tra il 2% e il 6%, garantendo una maggiore fedeltà alla geometria originale del pezzo.
Possibilità di combinare più materiali ceramici
Un ulteriore aspetto interessante della tecnologia è la possibilità di integrare diversi materiali ceramici all’interno della stessa struttura, permettendo la realizzazione di materiali con gradienti funzionali. Questo aspetto è particolarmente rilevante per applicazioni in cui sono richieste proprietà specifiche, come nel caso dei biosensori ad alta sensibilità.
“In presenza di luce UV e ossido di zinco, alcune sostanze chimiche possono essere decomposte. Creando una struttura tridimensionale con una superficie maggiore, possiamo quadruplicare la velocità e l’efficacia del trattamento dell’acqua”, ha spiegato Panat. “Inoltre, modulando la porosità delle strutture, possiamo regolare la conducibilità termica di materiali isolanti impiegati nei veicoli spaziali.”
Applicazioni nella depurazione dell’acqua e nell’isolamento termico
L’aumento della superficie specifica ottenuto con 3D-AJP consente di migliorare l’efficienza dei catalizzatori utilizzati nella depurazione dell’acqua sotto luce UV. Inoltre, la possibilità di controllare la porosità dei componenti ceramici apre nuove prospettive per l’ottimizzazione delle proprietà termiche, rendendo questa tecnologia interessante per l’isolamento termico in ambito aerospaziale. L’elevata precisione di produzione e la possibilità di combinare materiali differenti rendono 3D-AJP una tecnologia con ampie potenzialità per applicazioni industriali e scientifiche.
