La stampa 3D che trasforma i liquidi in oggetti solidi complessi


Soprannominato il "replicatore" dagli inventori, in onore del dispositivo di Star Trek che può

materializzare qualsiasi oggetto su richiesta - la stampante 3D può creare oggetti più lisci, più flessibili e più complessi di quanto sia possibile con le tradizionali stampanti 3D.

Può anche modificare un oggetto già esistente con nuovi materiali, cosa che le stampanti attuali fanno fatica a fare.

La resina per stampa 3D è composta da polimeri liquidi miscelati con molecole fotosensibili e ossigeno disciolto. La luce attiva il composto fotosensibile che esaurisce l'ossigeno. Solo in quelle regioni 3D in cui tutto l'ossigeno è stato esaurito i polimeri formano i "legami incrociati" che trasformano la resina da liquido a solido. La resina non utilizzata può essere riciclata riscaldandola in un'atmosfera di ossigeno, ha detto Taylor.

"La nostra tecnica non genera quasi sprechi di materiale e il materiale non polimerizzato è riutilizzabile al 100%", ha dichiarato Hossein Heidari, uno studente laureato nel laboratorio di Taylor presso l'UC Berkeley e co-autore del lavoro.

"Fra i molteplici utilizzi, potrà essere usata per poter personalizzare ulteriormente gli oggetti, sia che si tratti di protesi, scarpe da corsa e molto altro", ha detto Hayden Taylor, assistente professore di ingegneria meccanica presso l'Università della California, Berkeley, e autore senior di un documento dove descrive la stampante, che appare online oggi (31 gennaio) sulla rivista Science .

La maggior parte delle stampanti 3D, incluse altre tecniche basate sulla luce, costruisce oggetti 3D strato per strato. Questo porta ad un effetto "scalino" lungo i bordi. Hanno anche difficoltà a creare oggetti flessibili perché i materiali piegabili potrebbero deformarsi durante il processo di stampa e sono necessari supporti per stampare oggetti di determinate forme, come gli archi. La nuova stampante si basa su un liquido viscoso che reagisce formando un solido quando esposto a una certa soglia di luce. Proiettare modelli di luce accuratamente elaborati - essenzialmente "film" - su un cilindro rotante di liquido solidifica la forma desiderata "tutto in una volta".

Taylor e il team hanno utilizzato la stampante per creare una serie di oggetti, da un minuscolo modello della statua di "Il pensatore" di Rodin a un modello di dimensioni personalizzate. Attualmente, possono realizzare oggetti con diametro fino a quattro pollici.

"Questo è il primo caso in cui non abbiamo bisogno di costruire parti 3D personalizzate strato per strato", ha detto Brett Kelly, co-autore del lavoro. "Rende la stampa 3D veramente tridimensionale."

Una scansione CT - al contrario

La nuova stampante è stata ispirata dalle scansioni della tomografia computerizzata (CT) che possono aiutare i medici a localizzare tumori e fratture all'interno del corpo.

La TC esegue la scansione dei raggi X del progetto o di altri tipi di radiazioni elettromagnetiche nel corpo da tutti gli angoli differenti. L'analisi dei modelli di energia trasmessa rivela la geometria dell'oggetto.

"Essenzialmente abbiamo invertito questo principio", ha detto Taylor. "Stiamo cercando di creare un oggetto piuttosto che misurare un oggetto, ma in realtà gran parte della teoria sottostante che ci consente di farlo può essere tradotta dalla teoria che sta alla base della tomografia computerizzata".

Oltre a modellare la luce, che richiede calcoli complessi per ottenere le esatte forme e intensità, l'altra grande sfida affrontata dai ricercatori è stata come formulare un materiale che rimane liquido quando esposto a un po 'di luce, ma reagisce per formare un solido se esposto a molta luce.

Inoltre, gli oggetti non devono essere trasparenti. I ricercatori hanno stampato oggetti che sembrano opachi utilizzando un colorante che trasmette luce alla lunghezza d'onda di polimerizzazione ma che assorbe la maggior parte delle altre lunghezze d'onda.

"Questo è particolarmente soddisfacente per me, perché crea un nuovo quadro di stampa 3D volumetrica o" tutto in una volta "che abbiamo iniziato a stabilire negli ultimi anni", ha dichiarato Maxim Shusteff, ingegnere del personale presso il laboratorio Livermore. "Speriamo che questo possa aprire la strada a molti altri ricercatori per esplorare questa entusiasmante area tecnologica".

Indrasen Bhattacharya di UC Berkeley è coautore del lavoro. Altri autori includono Christopher M. Spadaccini del Lawrence Livermore National Laboratory.

Questo lavoro è stato supportato dai fondi di avvio della facoltà di Berkeley e dai fondi di ricerca e sviluppo diretti dal laboratorio di Lawrence Livermore National Laboratory. Il team ha presentato una domanda di brevetto sulla tecnica.

Fonte:

Materiali forniti dall'Università della California - Berkeley .

Kara Manke.