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Jul 27, 2023

Gli scienziati sviluppano un nuovo processo per il multi

Gli scienziati dell’Università Heriot-Watt di Edimburgo hanno sviluppato un nuovo metodo che utilizza la luce del vicino infrarosso (NIR) per stampare in 3D strutture complesse con più materiali e colori. Dottor José

Gli scienziati dell’Università Heriot-Watt di Edimburgo hanno sviluppato un nuovo metodo che utilizza la luce del vicino infrarosso (NIR) per stampare in 3D strutture complesse con più materiali e colori. Il dottor Jose Marques-Hueso ha guidato la ricerca presso l’Istituto di sensori, segnali e sistemi di Heriot-Watt.

Il team ha modificato il processo di stampa 3D stereolitografico (SLA) ampiamente utilizzato per ottenere una maggiore integrazione multi-materiale.

La tradizionale stampa 3D SLA applica un laser blu o UV a una resina liquida, che viene solidificata selettivamente strato dopo strato. Tuttavia, questo processo manca di capacità di miscelazione dei materiali. Attraverso questo nuovo processo, gli scienziati hanno utilizzato una sorgente luminosa NIR in grado di stampare in 3D nella vasca di resina a maggiori profondità. Gli scienziati affermano che questo nuovo processo offre un potenziale significativo per le parti specialistiche della stampa 3D, in particolare nei settori sanitario ed elettronico.

Questo non è il primo processo di stampa 3D che consente la stampa 3D multi-materiale. In effetti, la Fused Deposition Deposition (FDM) offre da tempo funzionalità per la stampa 3D con più materiali. Tuttavia, gli scienziati sostengono che il loro nuovo metodo consente di produrre parti multimateriale con risoluzioni molto più elevate.

Secondo la dottoressa Adilet Zhakeyev, Ph.D. ricercatore dell’Università Heriot-Watt che ha lavorato al progetto per quasi tre anni, “la tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM) era già in grado di mescolare materiali, ma FDM ha una bassa risoluzione, dove gli strati sono visibili, mentre le tecnologie basate sulla luce , come la stereolitografia, possono fornire campioni uniformi con risoluzioni inferiori a cinque micrometri.

Il progetto, intitolato "Multimaterial Stereolithography by Crosslinking through Luminescent Excitation", ha ricevuto un finanziamento di 280.000 sterline dall'Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). I risultati del team sono stati pubblicati sulla rivista Applied Materials Today.

Il nuovo processo di stampa 3D NIR

Una novità di questo metodo è l’uso di finestre di invisibilità NIR dei materiali per la stampa 3D a una profondità di oltre 5 cm, un aumento sostanziale rispetto al limite di profondità di 0,1 mm della tecnologia SLA convenzionale. Il dottor Marques-Hueso afferma che questo metodo “non è mai stato utilizzato prima”.

Un vantaggio chiave di questo nuovo processo è che consente agli utenti di stampare in 3D una parte in un materiale, aggiungendo successivamente un secondo materiale. Questo secondo materiale non è limitato alle superfici superiore ed esterna della parte stampata in 3D e può essere solidificato in qualsiasi posizione nello spazio 3D. Questo perché il laser NIR può penetrare attraverso lo strato esterno della parte iniziale.

“Ad esempio, possiamo stampare un cubo cavo che è per lo più sigillato su tutti i lati. Possiamo poi tornare più tardi e stampare un oggetto realizzato con un materiale completamente diverso all'interno di questa scatola perché il laser NIR penetrerà attraverso il materiale precedente come se fosse invisibile perché in realtà è completamente trasparente al NIR", ha spiegato il Dr. Marches-Hueso.

Secondo i ricercatori, una componente chiave di questo progetto è stato lo sviluppo di resine ingegnerizzate contenenti nanoparticelle che presentano una conversione ottica. Queste nanoparticelle assorbono i fotoni NIR, trasformandoli in fotoni blu, che solidificano la resina.

Questo fenomeno è "non lineare", nel senso che può ottenere i fotoni blu principalmente nel fuoco del laser e non nel percorso che lo attraversa. Ciò consente al NIR di penetrare in profondità nel materiale come se fosse trasparente, solidificando solo il materiale interno.

In definitiva, questo nuovo processo consente di stampare in 3D più materiali con proprietà diverse nello stesso campione. Ad esempio, gli elastomeri flessibili e l’acrilico rigido possono essere stampati in 3D insieme. Gli scienziati indicano varie applicazioni che beneficiano di questo metodo, tra cui la stampa 3D all’interno di cavità, la produzione di scarpe, il restauro di oggetti rotti e la biostampa in situ attraverso la pelle.

Questo processo è degno di nota anche per la sua convenienza. “Un chiaro vantaggio di questa tecnica è che la macchina completa può essere costruita per meno di 400 sterline. Alcune altre tecnologie avanzate che utilizzano laser, come la polimerizzazione a due fotoni (2PP), richiedono laser ultraveloci costosi nell’ordine di decine di migliaia di sterline, ma questo non è il nostro caso perché i nostri materiali specialistici consentono l’uso di laser poco costosi”. disse il dottor Marques-Hueso.