La fabbricazione di strutture 3D a forma libera di materiali termoplastici che coinvolgono strutture a sbalzo (non ancorate) è dimostrata con successo dalla modellazione a deposizione fusa (FDM) e dalla scrittura a inchiostro diretto (DIW), tuttavia limitato in termini di materiali applicabili e condizioni di stampa. La stampa 3D di strutture a forma libera richiede materiali di supporto che consentano la stampa di materiali termoplastici in posizioni non ancorate.

Al fine di affrontare la difficoltà della fabbricazione a mano libera tramite la stampa basata sull'estrusione, l'uso di gel microparticolato come mezzo di inclusione è stato ampiamente esplorato. Tali metodi sono definiti collettivamente stampa 3D incorporata (e3DP).

In queste manifestazioni, i gel si sono comportati come plastiche Bingham con un basso modulo e un basso carico di snervamento durante la stampa di resine a bassa viscosità. e3DP ha consentito la fabbricazione a mano libera di diversi materiali come siliconi, idrogel, leghe da fusione, colloidi, e idrogel contenenti cellule viventi.

Nonostante tutti questi studi di successo, la fabbricazione a forma libera di materiali termoplastici non è stata dimostrata con e3DP. Questo perché i termoplastici fusi e gli ugelli sono tipicamente maggiori di 100°C, e non sono compatibili con i mezzi di supporto costituiti da idrogeli microparticolati.

I ricercatori del Soft Fluidics Lab della Singapore University of Technology and Design (SUTD) hanno sviluppato un metodo semplice per stampare in 3D materiali termoplastici utilizzando supporti incorporati in modo libero, denominata precipitazione polimerica a forma libera (FPP).

In FPP, gel di microparticolato come mezzo circostante offrivano contemporaneamente due funzioni essenziali. I gel microparticolati hanno fornito supporto strutturale all'inchiostro stampato e hanno indotto il cambiamento di fase dell'inchiostro stampato tramite precipitazione per immersione. La stampa 3D basata sulla precipitazione per immersione con il microparticolato circostante ha sbloccato la capacità di fabbricazione a forma libera di materiali termoplastici.

Lo studio ha dimostrato l'uso di gel di microparticolato sia a base d'acqua che a base di etanolo come gel circostanti che hanno consentito l'utilizzo di un numero maggiore di solventi e polimeri in FPP. Gli inchiostri polimerici a bassa concentrazione di polimeri (a bassa viscosità) e gli inchiostri con agenti porosi conferiscono porosità interna alle strutture stampate.

"Il nostro approccio ha superato la limitazione dell'uso di mezzi microparticolati per la fabbricazione di strutture a forma libera di materiali termoplastici, per la prima volta, utilizzando la precipitazione per immersione di inchiostri polimerici in gel microparticellari, ", ha affermato l'autore principale dell'articolo, il dott. Rahul Karyappa di SUTD.

"FPP offre un modo unico per fabbricare componenti meccanicamente resistenti costituiti da materiali termoplastici in varie forme 3D senza materiali di supporto. Ciò espande le tecnologie disponibili di produzione additiva, " ha aggiunto il ricercatore principale, Professore Associato Michinao Hashimoto di SUTD.