Un gruppo di ricerca cinese ha sviluppato un reticolo elastomerico in gomma siliconica stampato in 3D capace di affrontare due problemi tipici degli ambienti marini: la crescita di funghi sulle superfici e le vibrazioni che possono danneggiare strumenti, sensori e apparecchiature imbarcate.
Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Advanced Composites and Hybrid Materials con il titolo “Antifungal and cushioning elastomer lattices via additive manufacturing”. Gli autori sono Zhenyu Wang, Xinyu Song, Tao Zhang, Peng Chen, Chenxi Hua, Changli Cheng e Yu Liu. La ricerca coinvolge la Jiangnan University di Wuxi e Jiangda Vibration Isolator Co., Ltd., azienda cinese attiva nel controllo delle vibrazioni. La pubblicazione scientifica è datata 2 febbraio 2026.
Perché serve un silicone che non si limiti ad assorbire urti
La gomma siliconica è già usata in molti componenti protettivi perché è elastica, stabile, deformabile e resistente a condizioni operative difficili. È adatta per guarnizioni, isolatori, supporti antivibranti, parti morbide, dispositivi elettronici flessibili e componenti per robotica soffice.
Il problema nasce quando questi materiali vengono impiegati in ambienti caldi, umidi e marini. In queste condizioni il silicone può diventare un supporto per colonizzazione microbica, in particolare fungina. La crescita di funghi non è solo un problema estetico: può indebolire il materiale, alterarne la superficie, ridurre la durata del componente e creare rischi per il personale che lavora in spazi chiusi o su mezzi navali. Gli autori collegano il problema a componenti usati su apparecchiature imbarcate, inclusi droni e strumenti sensibili esposti a umidità, temperatura e vibrazioni.
Finora una parte delle soluzioni si è basata su trattamenti superficiali o rivestimenti antimicrobici. Questi approcci possono funzionare, ma hanno un limite evidente: se la superficie si graffia, si consuma o viene danneggiata, la protezione tende a diminuire. L’alternativa consiste nell’aggiungere particelle funzionali dentro la matrice del materiale, ma una quantità eccessiva di filler può rendere il silicone più rigido e meno efficace come ammortizzatore.
La scelta del nitruro di boro esagonale
Il team ha scelto di lavorare con un composito formato da gomma siliconica e nitruro di boro esagonale, indicato con la sigla hBN. Il nitruro di boro esagonale è un materiale bidimensionale che può contribuire a modificare le proprietà superficiali e funzionali del silicone. Nel caso specifico, l’hBN viene usato per aumentare la resistenza alla crescita fungina senza rinunciare alla deformabilità del reticolo.
La formulazione usata nella ricerca è indicata come hBN/SR, dove SR sta per silicone rubber. I materiali citati nello studio includono un precursore siliconico SE1700 e il relativo agente di cura forniti da Dow Corning Corporation, 3-butyn-1-ol acquistato da Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., e particelle di hBN con purezza del 99,9% e dimensione media di 20 nanometri fornite da Shanghai Yaoyi Alloy Materials Co., Ltd..
Non si tratta quindi di un semplice pezzo in silicone stampato in 3D. Il materiale è stato progettato come inchiostro composito, con una concentrazione di hBN sufficiente a introdurre proprietà antifungine, ma non tale da impedire l’estrusione o compromettere la funzione elastica.
Come viene stampato il reticolo
Il processo usato è una stampa 3D a estrusione. L’inchiostro hBN/SR viene caricato in una siringa da 30 cc Nordson EFD, centrifugato per rimuovere bolle d’aria e depositato con un sistema 3D a portale sviluppato su misura. La macchina comprende uno stadio a tre assi controllato da computer, un ugello in acciaio con diametro interno di 250 micrometri e un modulo di controllo della pressione. Dopo la deposizione, le strutture vengono curate termicamente a 150 °C per 45 minuti.
Questo dettaglio è importante perché il reticolo non nasce da una schiuma casuale. La stampa 3D consente di controllare posizione, distanza e orientamento dei filamenti. Le immagini al microscopio e le ricostruzioni micro-CT riportate nello studio mostrano una struttura ordinata, con legami interstrato stabili e senza difetti visibili nelle zone analizzate.
La geometria ha un ruolo decisivo. Nei materiali espansi convenzionali i pori sono spesso distribuiti in modo casuale, con dimensioni e forme variabili. Qui invece la struttura è programmata: i filamenti si dispongono in strati ordinati, con orientamenti alternati e spaziatura controllata. Questo permette di regolare il comportamento meccanico del componente, in particolare compressione, assorbimento energetico e isolamento dalle vibrazioni.
Il compromesso tra stampabilità e funzione antifungina
Uno degli aspetti più interessanti dello studio è il bilanciamento tra composizione e lavorabilità. Aggiungere hBN migliora la resistenza ai funghi, ma aumenta anche la viscosità dell’inchiostro. Se il materiale diventa troppo viscoso, non passa in modo stabile dall’ugello, oppure produce filamenti irregolari.
Gli autori hanno quindi dovuto trovare una finestra di processo. La simulazione fluidodinamica e le osservazioni ad alta velocità indicano che l’inchiostro si comporta bene quando scorre nell’ugello e recupera rapidamente viscosità appena depositato. Questo è il comportamento desiderato nella stampa a estrusione: il materiale deve fluire durante la deposizione, ma deve sostenersi subito dopo l’uscita dall’ugello.
Il risultato è un reticolo morbido ma stabile, capace di deformarsi sotto carico senza collassare in modo incontrollato. La stampa 3D, in questo caso, non è solo una tecnica di produzione: è il mezzo che permette di far lavorare insieme materiale e architettura.
Test antifungini con cinque specie diverse
La resistenza antifungina è stata valutata secondo lo standard ASTM G21, usando cinque specie fungine: Aspergillus brasiliensis, Penicillium funiculosum, Chaetomium globosum, Trichoderma virens e Aureobasidium pullulans. I campioni senza hBN hanno mostrato colonizzazione visibile dopo 28 giorni, con macchie scure e reti di ife bianche. I campioni con hBN hanno invece ridotto la crescita fungina in modo proporzionale alla concentrazione del filler.
Il risultato più netto arriva dalla formulazione con 5% in peso di hBN. In quel caso la copertura fungina è scesa sotto lo 0,8% e il campione ha ottenuto una valutazione pari a 0 nello standard, cioè assenza di crescita osservabile nelle condizioni della prova.
Il gruppo ha inoltre usato un terreno ricco di carbonio, peptone-dextrose-agar, per accelerare la proliferazione fungina. In questa prova più aggressiva, il reticolo in silicone senza hBN si è degradato, mentre il campione con 5% di hBN ha mantenuto l’aspetto bianco originale, senza penetrazione interna visibile da parte dei funghi nel periodo testato.
Perché l’hBN limita la crescita dei funghi
La protezione non dipende da un solo meccanismo. Secondo gli autori, il materiale funziona su due livelli.
Il primo è fisico: l’hBN aumenta l’idrofobicità della superficie. L’angolo di contatto dell’acqua passa da 106° nel silicone puro a 121° con 5% di hBN. La geometria del reticolo spinge ulteriormente il valore fino a 124°, grazie alla microstruttura superficiale. Una superficie più idrofobica ostacola la penetrazione di spore fungine trasportate dall’acqua.
Il secondo livello è chimico e meccanico. Le piastrine di hBN possono generare specie reattive dell’ossigeno, note come ROS, che stressano le cellule fungine. Le immagini al microscopio elettronico mostrano inoltre danneggiamenti alle superfici delle ife in contatto con il composito hBN/SR, mentre il contatto con silicone puro non mostra lo stesso tipo di alterazione.
Questa combinazione è il punto centrale del lavoro: la protezione non viene applicata come rivestimento esterno, ma integrata nel materiale e amplificata dalla forma stampata.
Isolamento dalle vibrazioni e comportamento a compressione
La parte meccanica è altrettanto importante. Il reticolo non deve solo resistere ai funghi: deve proteggere oggetti sensibili da urti e vibrazioni. Le prove di compressione mostrano tre fasi: una prima regione elastica, una zona a plateau con crescita limitata dello stress e una fase finale di irrigidimento più rapido. Il plateau è associato al buckling elastico delle celle del reticolo, cioè alla deformazione controllata delle microstrutture sotto carico.
Questa zona a rigidezza quasi nulla è utile nei materiali di protezione perché permette di assorbire energia senza trasmettere immediatamente un picco di forza al componente protetto. È lo stesso principio che rende interessanti molte strutture reticolari e metamateriali meccanici: non è solo il materiale a definire la risposta, ma la geometria.
Nei test ciclici, il reticolo con 5% di hBN e spaziatura dei filamenti di 0,6 mm ha mantenuto oltre il 90% dello stress massimo iniziale dopo 10.000 cicli di compressione e rilascio con deformazione massima del 70%. Questo dato indica una buona stabilità della struttura in condizioni di carico ripetuto.
Vibrazioni: efficienza fino al 92,5%
Le prove di isolamento dalle vibrazioni mostrano risultati dipendenti dalla direzione e dalla configurazione. In test casuali, le efficienze di isolamento nelle direzioni X e Y hanno raggiunto 81,9% e 91,2% in una condizione di prova, e 92,5% e 91,4% in una seconda condizione. Una configurazione indicata nello studio come EL-3-0.6 ha ottenuto un miglioramento del 30% rispetto al corrispondente materiale solido in una delle condizioni testate.
Il reticolo è stato provato anche in condizioni pensate per simulare un ambiente marino severo: −20 °C, 25 °C con umidità relativa dell’80% e 150 °C. In queste condizioni, i campioni hanno mantenuto efficienze di isolamento superiori all’80% nelle direzioni analizzate. Anche dopo esposizione fungina in terreno di coltura, la prestazione antivibrante si è degradata solo in modo marginale nel periodo di prova.
Questi dati non trasformano il materiale in un prodotto pronto per ogni applicazione navale, ma mostrano una direzione concreta: un singolo componente stampato in 3D può essere progettato per svolgere più funzioni nello stesso tempo.
Perché questa ricerca interessa la stampa 3D
La stampa 3D viene spesso descritta come un modo per realizzare forme complesse. Qui il discorso è più avanzato: la forma complessa serve a ottenere una prestazione precisa. Il reticolo non è decorativo, non è un alleggerimento generico e non è solo una prova di laboratorio su un materiale morbido. È un’architettura meccanica che controlla deformazione, smorzamento e risposta alle vibrazioni.
La manifattura additiva permette inoltre di modificare spaziatura dei filamenti, densità della struttura, orientamento degli strati e composizione del materiale. Questo consente di progettare isolatori con prestazioni adattate al carico, alla frequenza di vibrazione e all’ambiente operativo.
Nel caso di droni imbarcati, elettronica navale, strumenti ottici, sensori o piccoli apparati meccanici, un supporto antivibrante deve fare molte cose insieme: proteggere dagli urti, non degradarsi in ambiente umido, restare stabile nel tempo, non aumentare troppo peso e volume, e mantenere prestazioni sotto cicli ripetuti. Il reticolo hBN/SR prova ad affrontare questi requisiti in modo integrato.
Il ruolo delle aziende e dei fornitori
L’unica azienda coinvolta come affiliazione diretta nello studio è Jiangda Vibration Isolator Co., Ltd., associata all’autore Changli Cheng. La presenza di un produttore specializzato in isolatori antivibranti è coerente con la parte applicativa della ricerca: il materiale è pensato per componenti protettivi, non per semplici provini accademici.
Nel lavoro compaiono anche diversi fornitori di materiali e strumenti. Dow Corning Corporation fornisce il precursore siliconico, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd. fornisce l’inibitore 3-butyn-1-ol, Shanghai Yaoyi Alloy Materials Co., Ltd. fornisce le piastrine di hBN, ZYE Technology Co., Ltd. viene citata per il mixer planetario, Nordson EFD per la siringa, Thermo Fisher Scientific per il reometro, Bruker per la diffrazione a raggi X, ZEISS per microscopia e micro-CT, WANCE per la macchina di prova universale, KSD per la camera a temperatura e umidità costante e Oxford Instruments per l’AFM.
Questi nomi non vanno confusi con partner industriali del progetto, ma aiutano a capire la filiera sperimentale: formulazione del materiale, stampa, caratterizzazione, prove meccaniche, test antifungini e analisi microstrutturale.
Non solo ambiente marino
Il riferimento principale dello studio è l’ambiente marino, dove umidità, temperatura, biofouling e vibrazioni convivono. Tuttavia, un materiale di questo tipo potrebbe interessare anche altri contesti difficili: contenitori per elettronica, robotica soffice, dispositivi portatili, supporti per sensori, apparecchiature industriali in ambienti umidi, protezioni per strumenti di misura e componenti elastici esposti a contaminazione biologica.
La vera utilità dipenderà dalla scalabilità del processo, dal costo dell’inchiostro composito, dalla ripetibilità della stampa e dalla durata in condizioni reali. I test riportati sono solidi sul piano scientifico, ma restano prove controllate. Prima di un impiego industriale servirebbero verifiche su pezzi più grandi, cicli ambientali più lunghi, compatibilità con oli, sale, raggi UV, acqua di mare, pulizia e manutenzione.
Una lezione per i materiali multifunzionali
Il punto più interessante non è solo che il reticolo resista ai funghi o che smorzi vibrazioni. Il valore sta nel metodo di progettazione. Gli autori combinano tre livelli: composizione del materiale, architettura stampata e risposta funzionale. L’hBN contribuisce alla resistenza fungina e modifica le proprietà superficiali; il silicone fornisce elasticità; la struttura reticolare permette isolamento e assorbimento meccanico.
Questo è un esempio di come la stampa 3D possa spostarsi dalla produzione di forme alla produzione di prestazioni. Invece di scegliere tra un silicone morbido ma vulnerabile ai funghi e un composito più resistente ma troppo rigido, il progetto cerca un equilibrio tramite progettazione strutturale.
Per la manifattura additiva, è una direzione molto concreta: materiali non solo stampabili, ma progettati per lavorare in ambienti reali. E nel caso di ambienti marini o navali, la combinazione tra isolamento meccanico e resistenza biologica può diventare un criterio di progetto sempre più importante.
