Nuovo metodo a doppia lunghezza d’onda per una stampa 3D più precisa su scala submicrometrica
Un gruppo di ricerca internazionale, coordinato dall’Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), ha sviluppato un approccio innovativo per controllare con maggiore precisione la polimerizzazione indotta dalla luce nei processi di stampa 3D. Il sistema sfrutta una strategia a due colori, basata sull’impiego simultaneo di radiazioni ultraviolette (UV) e luce rossa, per dirigere in modo selettivo le reazioni chimiche alla base della formazione di reti polimeriche solide.
Questa metodologia consente la realizzazione di strutture tridimensionali con geometrie estremamente fini, spingendo i limiti della risoluzione fino alla scala submicrometrica, un campo che risulta ancora poco accessibile con le tecniche convenzionali di stampa 3D.
Limiti dei metodi tradizionali nella stampa 3D ad alta risoluzione
Le tecniche di stampa 3D comunemente utilizzate si basano su due principi principali: l’estrusione di materiali polimerici già polimerizzati oppure la polimerizzazione in situ di monomeri liquidi mediante fonti di calore o luce. Sebbene questi metodi siano ampiamente impiegati per la produzione di oggetti complessi su scala macroscopica e micrometrica, presentano forti limitazioni quando si tenta di ottenere strutture con dettagli inferiori al micrometro.
In particolare, la fotopolimerizzazione – ovvero l’indurimento di resine fotosensibili tramite esposizione alla luce – permette un certo grado di controllo spaziale, ma soffre di fenomeni indesiderati come la diffusione delle specie reattive e la difficoltà nel focalizzare con precisione la luce, dovuta alla diffrazione ottica. Questi fattori contribuiscono a limitare la definizione dei dettagli ottenibili con le tecniche classiche.
Un sistema a luce UV e rossa per regolare in modo selettivo la reazione
Il nuovo metodo si fonda sull’uso combinato di due sorgenti luminose a diverse lunghezze d’onda, ognuna delle quali svolge un ruolo specifico e complementare nel processo chimico. In particolare:
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La luce UV agisce come agente attivante, inducendo l’inizio della reazione di polimerizzazione in presenza di prepolimeri fotosensibili.
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La luce rossa, al contrario, ha un effetto inibitore localizzato, disattivando in modo selettivo alcuni componenti reattivi – nello specifico, agenti reticolanti che passano da uno stato attivo a uno inattivo sotto esposizione a questa lunghezza d’onda.
Questa combinazione permette di delimitare con precisione le aree in cui la reazione avviene, attivandola esclusivamente nelle zone esposte alla sola luce UV, mentre la luce rossa impedisce la reazione nelle aree circostanti. Il risultato è un controllo spaziale molto fine, necessario per generare microstrutture complesse e con caratteristiche ben definite.
La reazione chiave: cicloaddizione oxo-Diels-Alder controllata otticamente
Il meccanismo chimico centrale alla base di questo processo è una cicloaddizione oxo-Diels-Alder, una reazione organica utilizzata per costruire nuove strutture a partire da molecole insature. In questo caso, i ricercatori hanno impiegato prepolimeri sensibili alla luce combinati con agenti reticolanti commutabili, la cui attività può essere modulata a seconda del tipo di luce ricevuta.
L’interazione tra questi due tipi di molecole, attivata o soppressa in base alla lunghezza d’onda, consente la formazione mirata di materiali solidi attraverso una reazione controllata punto per punto. Questo approccio permette di strutturare materiali polimerici con geometrie precise su scala micrometrica e inferiore, aprendo nuove possibilità applicative nei campi che richiedono altissima precisione, come l’ottica, la fotonica, la microfluidica e la sensoristica avanzata.
Obiettivo: migliorare la stampa 3D in termini di risoluzione e definizione
Secondo quanto dichiarato da Jordi Hernando, uno dei ricercatori coinvolti nel progetto, il gruppo sta esplorando attivamente le applicazioni di questa metodologia per ottimizzare le prestazioni delle tecnologie di stampa 3D. L’obiettivo è superare le attuali barriere legate alla risoluzione spaziale e alla precisione nella fabbricazione di oggetti su scala molto piccola.
L’approccio proposto rappresenta un’evoluzione della stampa 3D fotopolimerica verso una gestione chimica più precisa del materiale, basata su principi di fotocontrollo selettivo. Ciò potrebbe permettere, in prospettiva, la produzione di componenti tridimensionali estremamente dettagliati, mantenendo tempi di produzione compatibili con le esigenze applicative.
