I RICERCATORI DI LOUGHBOROUGH SVILUPPANO UNA NUOVA TECNICA DI STAMPA 4D ABILITATA ALL’ACETONE
I ricercatori della Loughborough University hanno sviluppato una nuova tecnica di stampa 3D ibrida che consente loro di modificare le proprietà delle parti stampate nel tempo, consentendo una nuova forma di stampa 4D.
Denominato Material Treatment Extrusion Additive Manufacturing (MaTrEx-AM), l’approccio combina la stampa 3D convenzionale basata sull’estrusione con un trattamento chimico. In particolare, sfrutta l’acetone chimico organico per rendere più durevoli gli strati mirati in un oggetto stampato in 3D. A seconda di come viene distribuito l’acetone e di quanto ne viene applicato tra gli strati, la tecnica consente di stampare in 3D parti con proprietà meccaniche modificabili, consentendo agli utenti di controllare come si deformano sotto carico.
Il dottor Andy Gleadall, docente senior di produzione additiva e coautore dello studio, ha dichiarato: “Le nuove funzionalità sono potenzialmente preziose per una vasta gamma di parti e strutture, ma forse le più ovvie sarebbero le parti che si deformano durante il funzionamento e il modo in cui si deformano deve essere controllato. La natura dipendente dal tempo delle proprietà meccaniche significa che l’approccio aggiunge una nuova dimensione alle capacità dei materiali, con l’elaborazione ibrida in situ che facilita un vero processo di stampa 4D.
L’acetone è un solvente comune utilizzato in tutto, dai prodotti per la rimozione dello smalto per unghie alla benzina e ai tagliagrassi. Nel settore della stampa 3D, il composto ha il suo uso come finitura superficiale in quanto può dissolvere polimeri come l’ABS, consentendo agli utenti di levigare le linee degli strati per renderle invisibili. Il processo MaTrEx-AM porta questo concetto un passo avanti, applicando l’acetone in situ tra gli strati anziché sulle parti esterne delle parti stampate.
Ma in che modo l’acetone modifica le proprietà meccaniche di questi strati stampati? La risposta sta nel modo in cui il filamento viene estruso dalle stampanti 3D FDM convenzionali. Poiché i sistemi FDM depositano il filamento fuso da un ugello di forma circolare, le tracce prodotte sono di forma cilindrica. Ciò fa sì che l’area di contatto tra le piste sia relativamente piccola, dando luogo a un’insufficiente adesione degli strati e, infine, a parti più deboli.
Gleadall spiega: “Il processo aggiunge materiale strato per strato: ci sono scanalature tra gli strati, un po’ come vedresti se impilassi molti tronchi lateralmente uno sopra l’altro, tutti allineati. Le parti stampate in 3D sono spesso deboli a causa del modo in cui gli strati sono disposti in sequenza, quindi ci sono difetti geometrici tra gli strati e il legame del materiale tra gli strati potrebbe non essere buono come il polimero puro.
Applicando l’acetone a queste tracce cilindriche, è possibile fonderle insieme per una migliore fusione. Ciò aumenta l’area di contatto e la forza dei legami, che dà luogo a proprietà meccaniche controllabili (e profili di deformazione programmabili) tramite l’applicazione selettiva di acetone.
Il team di Gleadall ha scoperto che potevano aumentare la plasticità delle parti in PLA e ABS fino a 25 e 16 volte applicando acetone, aumentando la tenacità delle aree trattate. Tuttavia, a lungo termine, le proprietà meccaniche di queste parti sono tornate ai valori originali fino al 90%, ed è qui che entra in gioco il 4D. Questo recupero è avvenuto entro tre ore per l’ABS, mentre i campioni di PLA hanno impiegato fino a 60 giorni per recuperare. È importante sottolineare che, anche dopo che le parti stampate hanno recuperato le loro proprietà, sono state mantenute eventuali modifiche geometriche apportate in quel momento.
Secondo il team di Loughborough, le applicazioni del mondo reale di MaTrEx-AM includono strutture reticolari 4D per imbottiture del casco resistenti agli urti, nonché impianti biomedici dinamici che si deformano insieme all’anatomia del paziente.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato MaTrEx AM: un nuovo processo di produzione additiva ibrido per controllare selettivamente le proprietà meccaniche .
