I ricercatori dell’Università del Michigan hanno sviluppato un nuovo approccio che consente alla stampa 3D di sollevare forme complesse da una vasca di liquido fino a 100 volte più velocemente rispetto ai processi di stampa 3D convenzionali.
In un articolo pubblicato sulla rivista Science Advances, i ricercatori hanno delineato i principi dell’uso della luce per modellare le resine in una vasca di liquido. L’innovazione promette una produzione su piccola scala più rapida ed efficiente, consentendo di produrre le merci in un colpo solo.
I metodi di stampa 3D tradizionali creano oggetti 3D con una serie di linee unidimensionali. La tecnica significa che gli oggetti potrebbero essere realizzati senza la necessità di uno stampo che costa fino a 10.000 dollari . Tuttavia, il processo è ancora più lento e non è stato in grado di colmare il divario sui tempi di produzione tipici di una settimana o due.
“Usando approcci convenzionali, questo non è realmente raggiungibile se non si hanno centinaia di macchine”, ha detto Timothy Scott, professore associato di ingegneria chimica dell’Università del Messico che ha co-diretto lo sviluppo del nuovo approccio di stampa 3D con Mark Burns, il professore di ingegneria TC Chang presso UM.
Il loro metodo solidifica la resina liquida usando due luci per controllare dove indurisce la resina e dove rimane fluida. Ciò consente al team di consolidare la resina in modelli più sofisticati. Possono realizzare un bassorilievo 3D in una singola ripresa piuttosto che in una serie di linee 1D o sezioni 2D. Le loro dimostrazioni di stampa includono un reticolo, una barca giocattolo e un blocco M.
“È una delle prime vere stampanti 3D mai realizzate”, ha dichiarato Burns, professore di ingegneria chimica e ingegneria biomedica.
Precedenti tentativi di solidificare gli oggetti in una vasca con limiti di liquidi poiché la resina tende a solidificarsi sulla finestra in cui la luce attraversa, interrompendo il lavoro di stampa nel momento stesso in cui inizia.
Creando una regione relativamente ampia in cui non si verifica alcuna solidificazione, le resine più spesse, potenzialmente con additivi rinforzanti in polvere, possono essere utilizzate per produrre oggetti più durevoli. Il metodo migliora anche l’integrità strutturale della stampa 3D dei filamenti, in quanto questi oggetti hanno punti deboli nelle interfacce tra i livelli.
“È possibile ottenere materiali molto più resistenti e molto più resistenti all’usura”, ha affermato Scott.
Una soluzione precedente al problema della solidificazione sulla finestra era una finestra che lascia passare l’ossigeno. L’ossigeno penetra nella resina e blocca la solidificazione vicino alla finestra, lasciando una pellicola di fluido che consentirà di rimuovere la superficie appena stampata.
Ma poiché questo spazio è spesso più spesso di un pezzo di nastro trasparente, la resina deve essere molto liquida per scorrere abbastanza velocemente nel piccolo spazio tra l’oggetto appena solidificato e la finestra mentre la parte viene tirata verso l’alto. Ciò ha limitato la stampa della vasca a prodotti piccoli e personalizzati che saranno trattati in modo relativamente delicato, come i dispositivi dentali e le solette delle scarpe.
Sostituendo l’ossigeno con una seconda luce per fermare la solidificazione, la squadra del Michigan può produrre un divario molto più grande tra l’oggetto e lo spessore della finestra – millimetri – consentendo alla resina di scorrere migliaia di volte più velocemente.
La chiave del successo è la chimica della resina. Nei sistemi convenzionali, c’è solo una reazione. Un fotoattivatore indurisce la resina ovunque risplenda la luce. Nel sistema Michigan, c’è anche un fotoinibitore, che risponde a una diversa lunghezza d’onda della luce.
Piuttosto che limitarsi a controllare la solidificazione in un piano 2D, come fanno le attuali tecniche di stampa in vat, il team del Michigan può modellare i due tipi di luce per indurire la resina praticamente in qualsiasi posto 3D vicino alla finestra di illuminazione.
UM ha depositato tre domande di brevetto per proteggere i molteplici aspetti inventivi dell’approccio e Scott si sta preparando a lanciare una società di startup.
