GLI SCIENZIATI SONO RIUSCITI A RIDURRE DEL 95% I COSTI DI STAMPA 3D IN CERAMICA UTILIZZANDO UN NUOVO APPROCCIO
Un team di ricercatori della Western University , Canada, e dell’Università di Trento , Italia, ha sviluppato un nuovo metodo a basso costo per la stampa 3D di strutture ceramiche completamente dense.
L’approccio utilizza solo una stampante 3D FFF desktop a prezzi accessibili e materiali noti come ceramiche derivate da polimeri (PDC). In sostanza, le strutture preceramiche possono essere stampate nei loro stati polimerici e cotte in un forno per ottenere parti ceramiche ad alta risoluzione, il tutto senza il fastidio e i costi associati alla stampa diretta della ceramica in 3D.
Il team internazionale ritiene che il suo lavoro potrebbe avere importanti implicazioni per applicazioni come i sistemi ad alta temperatura e persino la rigenerazione del tessuto osseo, fornendo accessibilità in campi tipicamente sinonimo di elevate barriere all’ingresso.
Il dott. Joshua Pearce, coautore dello studio, afferma: “Nel nostro approccio, i polimeri preceramici possono essere modellati allo stato polimerico e quindi pirolizzati per produrre diversi tipi di ceramica. La ceramica cellulare può essere prodotta utilizzando questa tecnica. Nel nostro studio, viene segnalata la nuova fabbricazione di ceramiche cellulari con un processo in due fasi utilizzando PDC”.
Sia nell’industria che nel mondo accademico, abbiamo compiuto progressi significativi nella stampa 3D di ceramiche completamente dense, utilizzando tutta una serie di tecnologie di produzione additiva come la stereolitografia, il getto di legante e persino la fusione del letto di polvere. Sfortunatamente, molti dei sistemi e dei materiali necessari per la stampa 3D in ceramica sono relativamente costosi e difficili da utilizzare, limitando l’accesso a parti ceramiche complesse.
I PDC, materiali ceramici formati dalla pirolisi di polimeri preceramici, forniscono un percorso alternativo alla stampa 3D in ceramica senza molti ostacoli. Questi materiali possono essere stampati nelle loro forme polimeriche più facili da lavorare prima della fase finale di post-elaborazione. Tuttavia, secondo Pearce e il suo team, mancano ricerche quando si tratta di integrare la stampa 3D FFF con i PDC.
TPU e polisilazano
Per dare il via al progetto, i ricercatori hanno impregnato i filamenti a base di poliuretano termoplastico (TPU) con polimero preceramico (polisilazano). Il materiale impregnato risultante è stato quindi utilizzato per stampare in 3D una serie di strutture cellulari che sono state pirolizzate per produrre SiOC(N) completamente denso, il materiale ceramico finale.
Le strutture in ceramica stampate sono risultate in grado di tollerare temperature di esercizio fino a 1500°C, il tutto mentre venivano prodotte su una stampante 3D Lulzbot desktop con materiali prontamente disponibili. I ricercatori hanno calcolato che potevano stampare in 3D queste complesse strutture ceramiche per meno del 5% del costo di metodi comparabili.
Inoltre, le parti di SiOC(N) sono state determinate per essere biocompatibili, promuovendo una rapida adesione cellulare sulle loro superfici. È stato anche dimostrato che l’attivazione cellulare in fase iniziale sui componenti è sintonizzabile regolando la porosità del materiale, consentendo al team di imitare le geometrie del tessuto osseo umano per consentire applicazioni di rigenerazione ossea.
Per quanto riguarda il lavoro futuro, Pearce e il suo team intendono modificare il metodo di stampa aggiungendo additivi nanofiller o perfezionando il filamento a base di TPU. Ciò potrebbe espandere le possibili applicazioni della tecnica a casi d’uso come filtri attivi, convertitori catalitici e componenti elettricamente conduttivi.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” SiOC(N) Cellular Structures with Dense Struts by Integrating Fused Filament Fabrication 3D Printing with Polymer-Derived Ceramics “. È co-autore di Joshua Pearce et al.
