Xolografia per la stampa 3D volumetrica lineare

LA STARTUP ALDERSHOF SVILUPPA UN NUOVO METODO DI STAMPA 3D VOLUMETRICA A DUE COLORI

Negli ultimi due anni, un team di scienziati e ricercatori del parco scientifico e tecnologico di Aldershof di Berlino ha sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D volumetrica a due colori che, secondo loro, migliora le tecnologie di stampa 3D attualmente disponibili, come la stereolitografia.

Lo sviluppo del nuovo processo di stampa volumetrica, chiamato xolografia, è diretto da Dirk Radzinski, fondatore della startup xolo di Berlin Aldershof , insieme al chimico di IRIS Aldershof Stefan Hecht e al fisico Martin Regehly. Secondo i creatori, il nuovo processo risolve tre “gravi limitazioni” nella stampa tradizionale in resina; velocità, qualità della superficie e proprietà del materiale.

“Questo è l’inizio della stampa volumetrica”, ha detto Radzinski. “Come per ogni nuova tecnologia, lo sviluppo richiederà del tempo e inizierà con mercati di nicchia. Ma data la velocità di sviluppo odierna e dato il tempo limitato che abbiamo speso per sviluppare questa tecnologia con poche persone, non vedo l’ora di vedere cosa riserva il futuro per la stampa volumetrica “.

La stampa 3D volumetrica è considerata il passo successivo rispetto ai metodi di produzione additiva sequenziale e prevede la stampa da tutte le direzioni spaziali contemporaneamente per produrre oggetti interi in pochi secondi . Il metodo è in circolazione da un po ‘di tempo , sebbene negli ultimi anni ci siano stati numerosi progressi nella tecnologia.

Nel 2017, i ricercatori di una raccolta di università con sede negli Stati Uniti hanno dimostrato un approccio alla stampa 3D volumetrica senza strati , mentre più recentemente la stampa 3D volumetrica è stata utilizzata per costruire pannelli solari a base di perovskite . Altrove, una collaborazione tra il Centro medico universitario (UMC) di Utrecht e l’ École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ha visto lo sviluppo di un processo di bioprinting 3D volumetrico per creare strutture tissutali a forma libera .

Come funziona la xolografia?

La xolografia è un processo di stampa 3D volumetrica a due colori che, come nella stereolitografia, utilizza la luce per polimerizzare una fotoresina. Tuttavia, mentre la polimerizzazione avviene lungo l’intero percorso della luce quando la luce viene proiettata in una vasca contenente resina durante la stereolitografia, il processo di xolografia richiede due diverse lunghezze d’onda della luce per iniziare il processo di polimerizzazione. Ovunque la luce blu e rossa si intersechino e incontrino contemporaneamente il fotoiniziatore bicolore nella resina, si verifica la polimerizzazione.

Gli scienziati hanno finora dimostrato il loro metodo stampando con successo in 3D una palla, una ballerina, una statua del “pensatore”, una panchina e persino uno stampo dentale.

Secondo Radzinski, la xolografia ha tre principali caratteristiche distintive che la distinguono dalle altre tecnologie di stampa 3D in resina che utilizzano la luce per polimerizzare un fotopolimero. Prima di tutto, il processo di xolografia è significativamente più veloce perché non vi è alcun movimento della piastra di costruzione e non è necessario terminare la polimerizzazione prima che la parte successiva possa essere polimerizzata.

In secondo luogo, la superficie delle parti stampate tramite xolografia è eccezionalmente liscia, grazie alla velocità del processo pur mantenendo un’elevata risoluzione di stampa. Il documento degli scienziati afferma che la xolografia può raggiungere una risoluzione 10 volte superiore a quella di tutti i processi di stampa volumetrica macroscopica precedentemente noti, con l’obiettivo di stampare componenti di qualità ottica senza la necessità di lucidatura – un’impresa che attualmente non è possibile con le tecnologie esistenti .

La terza distinzione principale riguarda i materiali di stampa utilizzati nel processo di xolografia, che secondo Radzinski hanno “un grande potenziale” per mostrare le proprietà desiderate nella produzione. La xolografia utilizza resine altamente viscose, cosa che non è possibile con la stereolitografia poiché la resina deve fluire rapidamente tra la piastra di costruzione e la finestra di stampa. Le resine più viscose possiedono catene molecolari più lunghe, che hanno permesso agli scienziati di produrre oggetti più resistenti e durevoli.

“Ci sono anche molti altri vantaggi”, ha aggiunto Radzinski. “Ad esempio, puoi stampare oggetti in oggetti fino a macchine intere se puoi indirizzare liberamente i voxel in un volume. Con una normale stampante a resina, hai bisogno di una struttura di supporto per tenere in posizione il tuo oggetto. Nella stampa volumetrica, la resina sostiene l’oggetto. “

La xolografia è adatta per stampare oggetti su piccola scala fino a circa 10 cm di dimensione, con Radzinski che osserva le dimensioni dei modelli nel mercato dentale o degli apparecchi acustici come applicazioni potenzialmente “perfette” per il metodo. Il mercato ottico con lenti a forma libera, conduttori di luce e in particolare design ottici che non possono essere prodotti tramite stampaggio a iniezione, sono anche aree di interesse per gli scienziati.

Attualmente, le applicazioni di xolografia sono rare nei mercati aerospaziale e automobilistico, poiché non ha senso stampare oggetti molto grandi in un volume di resina, dice Radzinski, sebbene ci sia il caso di utilizzo occasionale per oggetti di dimensioni più piccole nel settore automobilistico. La versatilità del metodo xolografico significa che gli scienziati possono stampare oggetti sia duri che morbidi, il che potrebbe avere implicazioni significative per la futura produzione di dispositivi ottici, fluidici e biomedici.

“All’altra estremità dello spettro dei materiali c’è la stampa di idrogel”, ha offerto Radzinski. “Questa tecnologia ha grandi promesse per la bioprinting di scaffold nell’ingegneria dei tessuti e potenzialmente per la stampa di organi in un futuro più lontano”.

Ulteriori dettagli sul metodo xolografico possono essere trovati nel documento intitolato “Xolografia per la stampa 3D volumetrica lineare” , pubblicato sulla rivista Nature. L’articolo è coautore di M. Regehly, Y. Garmshausen, M. Reuter, N. König, E. Israel, D. Kelly, C. Chou, K. Koch, B. Asfari e S. Hecht.

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