I ricercatori dell'ETH hanno utilizzato un processo di stampa 3D per produrre oggetti in vetro complessi e altamente porosi. La base per questo è una resina speciale che può essere polimerizzata con luce UV.

Produrre oggetti in vetro utilizzando la stampa 3D non è facile. Solo pochi gruppi di ricercatori in tutto il mondo hanno tentato di produrre vetro utilizzando metodi additivi. Alcuni hanno realizzato oggetti stampando vetro fuso, ma lo svantaggio è che ciò richiede temperature estremamente elevate e attrezzature resistenti al calore. Altri hanno utilizzato particelle di ceramica in polvere che possono essere stampate a temperatura ambiente e successivamente sinterizzate per creare il vetro; però, gli oggetti prodotti in questo modo non sono molto complessi.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno ora utilizzato una nuova tecnica per produrre oggetti in vetro complessi con la stampa 3D. Il metodo si basa sulla stereolitografia, una delle prime tecniche di stampa 3D sviluppate negli anni '80. David Moore, Lorenzo Barbera, e Kunal Masania nel gruppo Complex Materials guidato dal processore ETH André Studart hanno sviluppato una resina speciale che contiene una plastica, e molecole organiche a cui sono legati i precursori del vetro. I ricercatori hanno riportato i loro risultati nell'ultimo numero della rivista Natural Materials.

Luce usata per "far crescere" gli oggetti

La resina può essere lavorata utilizzando la tecnologia Digital Light Processing disponibile in commercio. Ciò comporta l'irradiazione della resina con modelli di luce UV. Ovunque la luce colpisca la resina, si indurisce perché i componenti fotosensibili della resina polimerica reticolano nei punti esposti. I monomeri plastici si combinano per formare una struttura simile a un labirinto, creare il polimero. Le molecole contenenti ceramica riempiono gli interstizi di questo labirinto.

Un oggetto può quindi essere costruito strato per strato. I ricercatori possono modificare vari parametri in ogni strato, inclusa la dimensione dei pori:l'intensità della luce debole si traduce in pori dilatati; l'illuminazione intensa produce piccoli pori. "Abbiamo scoperto che per caso, ma possiamo usarlo per influenzare direttamente la dimensione dei pori dell'oggetto stampato, "dice Masania.

I ricercatori sono anche in grado di modificare la microstruttura, strato per strato, mescolando la silice con borato o fosfato e aggiungendola alla resina. Gli oggetti complessi possono essere realizzati con diversi tipi di vetro, o anche combinati nello stesso oggetto usando la tecnica.

I ricercatori quindi cuociono il bianco prodotto in questo modo a due diverse temperature:a 600°C per bruciare la struttura polimerica e poi a circa 1000°C per densificare la struttura ceramica in vetro. Durante il processo di cottura, gli oggetti si restringono notevolmente, ma diventa trasparente e duro come il vetro di una finestra.

Domanda di brevetto presentata

Questi oggetti in vetro stampati in 3D non sono ancora più grandi di un dado. Grandi oggetti in vetro, come bottiglie, bicchieri o vetri delle finestre, non può essere prodotto in questo modo, che in realtà non era l'obiettivo del progetto, dice Masania.

Lo scopo era piuttosto quello di dimostrare la fattibilità di produrre oggetti in vetro di geometria complessa utilizzando un processo di stampa 3D. Però, la nuova tecnologia non è solo un espediente. I ricercatori hanno richiesto un brevetto e stanno attualmente negoziando con un importante commerciante di articoli in vetro svizzero che vuole utilizzare la tecnologia nella sua azienda.