Un nuovo metodo di stampa 3D, fino a 100 volte più veloce

Invece di costruire filamenti di plastica strato per strato, un nuovo approccio alla stampa 3D solleva forme complesse da una vasca di liquido fino a 100 volte più rapidamente rispetto ai processi di stampa 3D convenzionali, come hanno dimostrato i ricercatori dell’Università del Michigan.

La stampa 3D potrebbe cambiare radicalmente la produzione di oggetti relativamente piccoli, producendo fino a 10.000 articoli identici a costi inferiori, perché permetterebbe di realizzare gli oggetti senza la necessità di uno stampo che, ovviamente, presenta costi, spesso non indifferenti. La forma più comune di stampa 3D, che è un po ‘come costruire oggetti 3D con una serie di linee 1D, non è stata in grado di colmare tale lacuna in termini di tempi di produzione tipici di una settimana o due.

“Utilizzando approcci convenzionali, non è possibile raggiungere tempi di produzione commercialmente accettabili a meno di disporre di centinaia di macchine“, ha affermato Timothy Scott, professore associato di ingegneria chimica presso l’UM, che ha co-diretto lo sviluppo del nuovo approccio di stampa 3D con Mark Burns, professore di Ingegneria presso l’UM.

Il metodo da loro sviluppato solidifica la resina liquida usando due luci laser per controllare le zone dove la resina deve essere indurita e dove deve rimanere fluida. Ciò consente di consolidare la resina in modelli più sofisticati. Con questo sistema possono essere realizzati bassorilievi 3D con una singola stampa invece che attraverso una serie di linee 1D o sezioni 2D. I test di stampa con questo metodo presentati includono un reticolo, una barca giocattolo e un blocco M.

“È una delle prime vere stampanti 3D mai realizzate“, ha dichiarato Burns.

Ma il vero approccio 3D non è una semplice acrobazia: era necessario superare i limiti dei precedenti tentativi di stampa in vasca. La resina tende a solidificarsi sulla finestra in cui appare la luce che la modella, rallentando il lavoro. Creando una regione relativamente ampia dove non si verifica alcuna solidificazione, le resine più spesse, rafforzate con additivi in polvere, possono essere utilizzate per produrre oggetti più robusti e durevoli. Il metodo migliora anche l’integrità strutturale della stampa 3D dei filamenti, in quanto questi oggetti hanno punti deboli nelle interfacce tra i livelli.

Una soluzione precedente utilizzata per ovviare a questo problema della solidificazione sulla finestra era quella di utilizzare una finestra che lascia passare l’ossigeno. L’ossigeno penetra nella resina e blocca la solidificazione nell’area vicino alla finestra, lasciando una pellicola di fluido che consente di rimuovere la superficie appena stampata.

Ma poiché questo spazio è spesso come un pezzo di nastro trasparente, la resina deve essere molto liquida per scorrere abbastanza velocemente nel piccolo spazio tra l’oggetto appena solidificato e la finestra mentre la parte viene tirata verso l’alto. Ciò limita la stampa in vasca a prodotti piccoli e personalizzati, relativamente delicati, come i dispositivi dentali e le solette delle scarpe.

Sostituendo l’ossigeno con una seconda luce laser che impedisca la solidificazione, il team del Michigan è riuscito ad ottenere un divario molto più ampio tra l’oggetto e lo spessore della finestra, consentendo alla resina di scorrere migliaia di volte più velocemente.

La chiave del successo è la chimica della resina. Nei sistemi convenzionali, c’è solo una reazione: un fotoattivatore indurisce la resina ovunque risplenda la luce del laser. Nel sistema Michigan, c’è anche un fotoinibitore, che risponde a una diversa lunghezza d’onda della luce. Piuttosto che limitarsi a controllare la solidificazione in un piano 2D, come fanno le attuali tecniche di stampa in vasca, il team del Michigan può modellare i due tipi di luce per indurire la resina praticamente in qualsiasi posizione 3D vicino alla finestra di illuminazione.

L’Università del Michigan ha presentato tre domande di brevetto per proteggere i molteplici aspetti dell’approccio e Scott si sta preparando a lanciare una startup.