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  • Stampante 3D con nanoprecisione

    Una macchina da corsa da 285 µm, stampato presso l'Università di Tecnologia di Vienna

    La stampa di oggetti tridimensionali con dettagli incredibilmente fini è ora possibile utilizzando la "litografia a due fotoni". Con questa tecnologia, possono essere fabbricate strutture minuscole su scala nanometrica. I ricercatori della Vienna University of Technology (TU Vienna) hanno ora compiuto un importante passo avanti nell'accelerare questa tecnica di stampa:la stampante 3D ad alta precisione della TU Vienna è ordini di grandezza più veloce di dispositivi simili (vedi video). Questo apre aree di applicazione completamente nuove, come in medicina.

    La stampante 3D utilizza una resina liquida, che viene indurito esattamente nei punti corretti da un raggio laser focalizzato. Il punto focale del raggio laser è guidato attraverso la resina da specchi mobili e lascia dietro di sé una linea polimerizzata di polimero solido, largo solo poche centinaia di nanometri. Questa alta risoluzione consente la creazione di sculture dalla struttura complessa, piccole come un granello di sabbia. “Finora, questa tecnica era piuttosto lenta”, afferma il professor Jürgen Stampfl dell'Istituto di scienza e tecnologia dei materiali della TU Vienna. "La velocità di stampa veniva misurata in millimetri al secondo:il nostro dispositivo può fare cinque metri in un secondo." Nella litografia a due fotoni, questo è un record mondiale.

    Il video mostra il processo di stampa 3D in tempo reale. Grazie alla guida molto veloce del raggio laser, 100 strati, composto da circa 200 singole linee ciascuna, vengono prodotti in quattro minuti.

    Questo straordinario progresso è stato reso possibile dalla combinazione di diverse nuove idee. “Era fondamentale migliorare il meccanismo di controllo degli specchietti”, afferma Jan Torgersen (TU Vienna). Gli specchi sono continuamente in movimento durante il processo di stampa. I periodi di accelerazione e decelerazione devono essere regolati in modo molto preciso per ottenere risultati ad alta risoluzione a una velocità da record.

    Un modellino della Cattedrale di Santo Stefano, Vienna. Credito:Klaus Cicha

    La stampa 3D non riguarda solo la meccanica:anche i chimici hanno avuto un ruolo cruciale in questo progetto. “La resina contiene molecole, che vengono attivati ​​dalla luce laser. Inducono una reazione a catena in altri componenti della resina, cosiddetti monomeri, e trasformarli in un solido”, dice Jan Torgersen. Queste molecole iniziatrici vengono attivate solo se assorbono due fotoni del raggio laser contemporaneamente - e questo accade solo nel centro del raggio laser, dove l'intensità è maggiore. A differenza delle tradizionali tecniche di stampa 3D, il materiale solido può essere creato ovunque all'interno della resina liquida anziché solo sopra lo strato precedentemente creato. Perciò, la superficie di lavoro non deve essere preparata in modo speciale prima di poter produrre lo strato successivo (vedi video), che fa risparmiare molto tempo. Un team di chimici guidati dal professor Robert Liska (TU Vienna) ha sviluppato gli iniziatori adatti per questa resina speciale.

    Il Tower Bridge di Londra. Credito:Klaus Cicha

    I ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando su stampanti 3D oggi, nelle università e nell'industria. “Il nostro vantaggio competitivo qui alla Vienna University of Technology deriva dal fatto che abbiamo esperti di campi molto diversi, lavorando su diverse parti del problema, in una sola università”, Jürgen Stampfl sottolinea. Nella scienza dei materiali, ingegneria di processo o ottimizzazione delle sorgenti luminose, ci sono esperti che lavorano insieme e creano idee reciprocamente stimolanti.

    A causa della velocità notevolmente aumentata, oggetti molto più grandi possono ora essere creati in un determinato periodo di tempo. Ciò rende la litografia a due fotoni una tecnica interessante per l'industria. Alla TU Vienna, gli scienziati stanno ora sviluppando resine biocompatibili per applicazioni mediche. Possono essere utilizzati per creare impalcature a cui le cellule viventi possono attaccarsi facilitando la creazione sistematica di tessuti biologici. La stampante 3D potrebbe anche essere utilizzata per creare parti di costruzione su misura per la tecnologia biomedica o la nanotecnologia.


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