Un nuovo metodo di post-elaborazione per dipingere complessi oggetti stampati in 3D. Deposizione elettrospray autolimitante per la modifica della superficie di parti prodotte in modo additivo

NUOVO METODO CREATO PER LA VERNICIATURA EFFICIENTE DI OGGETTI STAMPATI 3D COMPLESSI

Gli ingegneri della Rutgers University nel New Jersey hanno sviluppato un nuovo metodo di post-elaborazione efficiente e automatizzato per dipingere complessi oggetti stampati in 3D. Il processo di rivestimento a spruzzo può raggiungere le aree più inaccessibili di un componente. Il nuovo metodo, che può potenzialmente far risparmiare tempo e denaro ai produttori nelle fasi di post-elaborazione della produzione, può anche offrire nuove opportunità per creare “skin intelligenti” per le parti stampate in 3D.

Utilizzando la deposizione elettrospray (ESD), un processo di rivestimento a spruzzo, gli ingegneri di Rutgers hanno ideato una tecnica che possiede la capacità di rivestire in modo conforme oggetti 3D complessi senza modificare la posizione dell’ago di spruzzo o l’orientamento dell’oggetto, rendendoli ideali per l’additivo post-elaborazione parti fabbricate.

Autore senior dello studio, Jonathan P. Singer, assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la School of Engineering della Rutgers University – New Brunswick, commenta:

“LA NOSTRA TECNICA È UN MODO PIÙ EFFICIENTE PER RIVESTIRE NON SOLO OGGETTI CONVENZIONALI, MA ANCHE ROBOT MORBIDI IN IDROGEL, E I NOSTRI RIVESTIMENTI SONO ABBASTANZA ROBUSTI DA SOPRAVVIVERE ALLA COMPLETA IMMERSIONE IN ACQUA E AL RIPETUTO GONFIORE E DIS-GONFIORE DELL’UMIDITÀ.”

I mezzi tradizionali per rivestire e dipingere oggetti stampati in 3D tramite spray e pennelli convenzionali sono limitati in quanto non sono in grado di raggiungere tutti gli angoli e le fessure di un componente complesso. Ciò può rivelarsi problematico per molti settori, come quello aerospaziale e medico, ad esempio, dove la libertà di progettazione geometrica della stampa 3D è un vantaggio chiave.

Gli ingegneri di Rutgers hanno identificato una tecnica ESD modificata per rivestire qualsiasi superficie esposta su un oggetto stampato in 3D. L’ESD, spiegano nel loro documento di ricerca, è un metodo di rivestimento a spruzzo su micro / nanoscala che utilizza un’alta tensione per atomizzare una soluzione fluente in microdroplet carichi. Spesso, il processo viene utilizzato principalmente per la chimica analitica, tuttavia negli ultimi anni ESD è stato sfruttato in dimostrazioni su scala di laboratorio di rivestimenti che forniscono vaccini, strati assorbenti la luce di celle solari e punti quantici fluorescenti per display a LED.

La versione modificata degli ingegneri di ESD riduce al minimo la sua dissipazione di carica, consentendo la deposizione di film a spessore limitato che cresce nel tempo nel tempo, che hanno chiamato deposizione elettrolitica autolimitante (SLED). Spiegando i vantaggi del processo, gli autori dell’articolo hanno scritto: “I nostri risultati sui fili spruzzati SLED hanno dimostrato che lo spessore finale del rivestimento su tutte le superfici dipendeva solo dalla distanza dell’ago di spruzzo (cioè l’intensità del campo)”. Ciò significa che la posizione dell’ago sull’oggetto, o l’orientamento dell’oggetto stesso, non ha avuto alcun effetto sul processo di rivestimento di SLED.

Rispetto ai tradizionali spray fluidi, il processo SLED era anche più in grado di tracciare le caratteristiche delle statue stampate in 3D utilizzate dagli ingegneri per i test: “Questa tendenza è stata dimostrata su statue 3D più complesse […] Era chiaro che la natura conforme dello spray tracciato queste caratteristiche all’interno delle statue, non riempire o colmare i recessi come potrebbero verificarsi con spray fluidi. Per questo motivo, esiste un’opportunità per applicare SLED alle strutture prodotte attraverso la produzione additiva come metodo di postelaborazione complementare. “

Pertanto, il team di Rutgers sta attualmente costruendo un accessorio SLED per stampanti 3D che consentirà il rivestimento automatizzato di parti stampate in 3D con strati di vernice funzionali, protettivi o estetici. L’accessorio consentirà potenzialmente un’applicazione di vernice molto più sottile e mirata, secondo i test, utilizzando anche un minor numero di materiali rispetto ai metodi tradizionali.

Andando avanti, gli ingegneri stanno cercando di creare superfici in grado di adattare le loro proprietà o innescare reazioni chimiche per generare vernici in grado di rilevare il loro ambiente e segnalare gli stimoli all’elettronica di bordo. Il team di Rutgers spera di commercializzare la propria tecnica SLED come uno strumento di rivestimento rapido che può essere utilizzato immediatamente su un componente immediatamente dopo la stampa 3D.

Ricerca presso la Rutgers University

La Rutgers University ha dimostrato un significativo risultato di ricerca nell’area della stampa 3D, poiché ricercatori e ingegneri dell’università cercano di far avanzare la tecnologia e le sue capacità.

Oltre alla post-elaborazione, la recente stampa 3D di Rutgers ha ruotato attorno alla bioprinting e alla stampa 4D. A febbraio, abbiamo riferito su un documento di ricerca dell’università su un bio-inchiostro per la stampa 3D che consente la costruzione di scaffold per supportare la crescita dei tessuti umani.

Inoltre, nello stesso mese, i ricercatori di Rutgers hanno anche creato microneedles stampati e programmabili ispirati alla 4D che migliorano l’adesione dei tessuti usando la micro-stereolitografia a proiezione (PµSL). Ciò segue un precedente studio dell’Università del 2018 in cui i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo di stampa 4D .

L’articolo discusso in questo articolo, ” Deposizione elettrospray autolimitante per la modifica della superficie di parti prodotte in modo additivo “, è pubblicato in ACS Applied Materials & Interfaces . È scritto da Dylan A. Kovacevich, Lin Lei, Daehoon Han, Christianna Kuznetsova, Steven E. Kooi, Howon Lee e Jonathan P. Singer.