Microstampa tridimensionale a foglio leggero tramite assorbimento bicolore in due fasi

Unendo le forze: microstampa 3D veloce come un fulmine con due laser
I ricercatori del Cluster of Excellence “3D matter made to order” stampano microstrutture incrociando raggi laser rossi e blu – pubblicazione su Nature Photonics 

Stampare oggetti in plastica in modo preciso, rapido ed economico è l’obiettivo di molti processi di stampa 3D. Tuttavia, la velocità e l’alta risoluzione rimangono una sfida tecnologica. Un gruppo di ricerca del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), dell’Università di Heidelberg e della Queensland University of Technology (QUT) ha fatto molta strada per raggiungere questo obiettivo. Ha sviluppato un processo di stampa laser in grado di stampare parti di dimensioni micrometriche in un batter d’occhio. Il team internazionale ha pubblicato il lavoro su Nature Photonics . (DOI: 10.1038/s41566-022-01081-0 )

La stampa 3D stereolitografica è attualmente uno dei processi di produzione additiva più popolari per le materie plastiche, sia per applicazioni private che industriali. Nella stereolitografia, gli strati di un oggetto 3D vengono proiettati uno ad uno in un contenitore riempito di resina. La resina è polimerizzata dai raggi UV. Tuttavia, i precedenti metodi di stereolitografia sono lenti e hanno una risoluzione troppo bassa. La stampa 3D a foglio leggero, utilizzata dai ricercatori KIT, è un’alternativa veloce e ad alta risoluzione.

Stampa 3D con due colori in due fasi

Nella stampa 3D a foglio leggero, la luce blu viene proiettata in un contenitore riempito con una resina liquida. La luce blu preattiva la resina. In una seconda fase, un raggio laser rosso fornisce l’energia aggiuntiva necessaria per indurire la resina. Tuttavia, la stampa 3D può stampare rapidamente solo resine che ritornano rapidamente dal loro stato preattivato al loro stato originale. Solo allora è possibile stampare il livello successivo. Di conseguenza, il tempo di ritorno determina il tempo di attesa tra due strati successivi e quindi la velocità di stampa. “Per la resina che abbiamo utilizzato, il tempo di ritorno è stato inferiore a 100 microsecondi, il che consente velocità di stampa elevate”, afferma il primo autore Vincent Hahn dell’Institute of Applied Physics (APH) di KIT.

Strutture di dimensioni micrometriche in un batter d’occhio

Per sfruttare questa nuova resina, i ricercatori hanno costruito una speciale stampante 3D. In questa stampante, i diodi laser blu vengono utilizzati per proiettare le immagini nella resina liquida utilizzando un display ad alta risoluzione con un frame rate elevato. Il laser rosso è formato in un sottile raggio di “foglio di luce” e attraversa il raggio blu verticalmente nella resina. Con questa disposizione, il team è stato in grado di stampare in 3D parti di dimensioni micrometriche in poche centinaia di millisecondi, ovvero in un batter d’occhio. Tuttavia, non dovrebbe fermarsi qui: “Con resine più sensibili, potremmo persino utilizzare i LED al posto dei laser nella nostra stampante 3D”, afferma il professor Martin Wegener dell’APH. “In definitiva, vogliamo stampare strutture 3D di dimensioni centimetriche, mantenendo una risoluzione micrometrica e velocità di stampa elevate”.

La pubblicazione è stata prodotta nell’ambito del cluster di eccellenza congiunto “3D Matter Made to Order” del KIT e dell’Università di Heidelberg. La professoressa junior, la dott.ssa Eva Blasco, capogruppo dell’Istituto di chimica organica e dell’Istituto di ingegneria dei sistemi molecolari e materiali avanzati, è stata coinvolta da parte dell’Università di Heidelberg.

Pubblicazione originale:
V. Hahn, P. Rietz, F. Hermann, P. Müller, C. Barner-Kowollik, T. Schlöder, W. Wenzel, E. Blasco e M. Wegener: microstampa tridimensionale su foglio leggero tramite assorbimento bicolore in due fasi. Fotonica della natura, 2022. DOI: 10.1038/s41566-022-01081-0
https://www.nature.com/articles/s41566-022-01081-0

Cluster di eccellenza “Materia 3D su ordinazione”

Nel Cluster di eccellenza “3D Matter Made to Order”, gli scienziati del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e dell’Università di Heidelberg stanno conducendo ricerche interdisciplinari su tecnologie e materiali innovativi per la produzione additiva scalabile digitalmente per migliorare la precisione, la velocità e le prestazioni di Stampa 3D. L’obiettivo del lavoro è digitalizzare completamente la produzione 3D e l’elaborazione dei materiali dalla molecola alla microstruttura. Oltre ad essere finanziato come Cluster di Eccellenza nell’ambito del Concorso Strategico di Eccellenza dei governi federale e statale tedesco, “3D Matter Made to Order” è finanziato dalla Fondazione Carl Zeiss.

Fondata nel 1386, Ruperto Carola è un’università di ricerca orientata a livello internazionale il cui spettro di materie comprende le discipline umanistiche, le scienze sociali, il diritto, le scienze naturali, l’ingegneria e le scienze della vita e la medicina. In quanto una delle università di eccellenza in Germania, i successi dell’Università di Heidelberg nei concorsi di eccellenza e la sua posizione nelle classifiche internazionali confermano il suo ruolo di primo piano nel panorama accademico. Fa parte del concetto di sé dell’Università di Heidelberg sviluppare ulteriormente discipline individuali eccezionali, rafforzare la cooperazione interdisciplinare e trasferire i risultati della ricerca nella società. Con un corso di studi orientato alla ricerca in oltre 180 programmi, i suoi quasi 30.000 studenti possono scegliere tra una gamma praticamente singolare di combinazioni di materie e percorsi di qualificazione individuali.

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