I ricercatori cinesi dell’Università di Jiangnan hanno sviluppato una pasta da stampa migliorata e un metodo di stampa 3D utilizzando la luce nel vicino infrarosso che dovrebbe rendere la stampa 3D in ceramica più efficiente e veloce. Il metodo appena sviluppato dovrebbe consentire la stampa 3D di forme ceramiche complesse senza strutture di supporto.
Un gruppo di ricercatori cinesi presso l’Università di Jiangnan ha sviluppato una tecnologia rivoluzionaria che consente la stampa 3D di ceramica in aria, senza la necessità di strutture di supporto, facilitando così la produzione di componenti ingegneristici complessi. Il nuovo processo, guidato dal professor Liu Ren, utilizza una pasta da stampa innovativa e un migliorato metodo di polimerizzazione, migliorando l’efficienza della stampa 3D e superando sfide significative legate alla produzione di ceramiche.
La ceramica, data la sua stabilità strutturale, resistenza all’usura e tolleranza alle alte temperature, è un materiale di scelta in molti settori, tra cui l’ingegneria meccanica, l’elettronica e l’aerospazio. Tuttavia, la sua innata fragilità e durezza hanno sempre reso la produzione di parti complesse un compito arduo. La stampa 3D, o produzione additiva, ha offerto un modo efficace e pratico per creare ceramiche complesse con strutture e funzioni integrate.
Tuttavia, nei processi tradizionali di stampa 3D della ceramica, sono necessarie strutture di supporto aggiuntive per prevenire il collasso delle parti non supportate. Queste strutture supplementari influenzano l’efficienza di stampa e presentano problemi aggiuntivi legati alla loro rimozione. Questo è dove la nuova tecnica sviluppata dal team dell’Università di Jiangnan entra in gioco.
L’innovativa pasta da stampa, combinata con una tecnica di polimerizzazione avanzata, permette al materiale di solidificarsi velocemente, migliorando l’efficienza della stampa 3D per la ceramica e eliminando la necessità di strutture di supporto. La tecnica riesce a solidificare immediatamente filamenti di diversi diametri, variando da 0,41 mm a 3,5 mm, consentendo di costruire con successo una vasta gamma di strutture ceramiche, come molle di torsione e strutture a sbalzo.
La nuova pasta è un impasto ceramico fotosensibile, che si solidifica rapidamente e diventa più resistente all’esposizione alla luce nel vicino infrarosso (NIR). Con una certa intensità di radiazione NIR, il materiale mantiene la sua forma a mezz’aria subito dopo essere stato estruso dall’ugello. Questo consente di stampare curve nello spazio senza bisogno di supporto, rendendo il processo di stampa fluido e continuo, senza la necessità di riscaldamento o raffreddamento.
La luce NIR si è rivelata più efficace della luce ultravioletta (UV) comunemente utilizzata, in termini di profondità di indurimento, una misura spesso utilizzata per caratterizzare la capacità di penetrazione della luce. Test hanno mostrato che la luce NIR consente una stampa più rapida e ad alta precisione.
Il team ha anche dimostrato la capacità di stampare ceramiche miste utilizzando additivi come il rosso ferro, il verde cromo o la zirconia stabilizzata con ittrio. Questi additivi hanno permesso di unificare le temperature di sinterizzazione di ceramiche con proprietà variabili, un fattore critico per prevenire deformazioni, delaminazioni e crepe durante la sinterizzazione ad alta temperatura, una fase comune nel processo di produzione di ceramiche.
Durante le dimostrazioni, Liu e il suo team sono stati in grado di stampare strutture curve tridimensionali orizzontalmente a una velocità di 1 mm al secondo. Le ceramiche risultanti hanno mantenuto bene la loro forma e sono rimaste stabili durante i successivi processi di sinterizzazione. La tecnica è stata utilizzata anche per creare strutture con curve strette, come le molle di torsione, sebbene la selezione corretta degli ugelli e il posizionamento del laser fossero fondamentali per prevenire il collasso o l’ostruzione.
Liu ha sottolineato che la chiave di questa tecnologia non risiede solo nell’eliminazione del supporto richiesto in un tipico processo di stampa, ma anche nei numerosi altri vantaggi che offre, come la riduzione dei tempi di stampa, l’ottimizzazione dell’utilizzo del materiale e la riduzione del carico di lavoro post-elaborazione.
Il team ritiene che l’ottimizzazione dei componenti dell’inchiostro e dei parametri di stampa, come il diametro dell’ugello, la pressione di estrusione, la velocità di movimento e l’intensità della luce, potrebbe portare alla creazione di oggetti con una migliore risoluzione e un’estetica distintiva.
In sintesi, questa innovativa tecnica di stampa 3D ha il potenziale per spingere i limiti delle forme ceramiche che possono essere realizzate senza supporto, stimolando ulteriori innovazioni e rendendo più diffusa l’adozione delle tecnologie di produzione additiva. Con ulteriori progressi, questa tecnologia potrebbe aprire la strada a nuove opportunità nel campo dell’ingegneria meccanica, elettronica e aerospaziale.
