Ora è possibile stampare in 3D materiali estremamente viscosi, con la consistenza dell'argilla o della pasta biscotto con fine precisione, grazie al lavoro svolto alla Purdue University. Questo sviluppo potrebbe presto consentire la creazione di ceramiche personalizzate, razzi solidi, prodotti farmaceutici, impianti biomedici, prodotti alimentari, e altro ancora.

"È molto eccitante poter stampare materiali con consistenze che nessuno è stato in grado di stampare". dice Emre Gunduz, professore a contratto presso la Scuola di Ingegneria Meccanica. "Possiamo stampare in 3D diverse consistenze di cibo; impianti biomedici, come corone dentali in ceramica, può essere personalizzato. Le farmacie possono stampare in 3D farmaci personalizzati, quindi una persona deve prendere solo una pillola, invece di 10."

Applicando vibrazioni ultrasoniche ad alta ampiezza all'ugello della stampante 3D stessa, il team di Purdue è stato in grado di risolvere un problema che ha assillato i produttori per anni.

La maggior parte delle soluzioni proposte a questo problema comportano la modifica della composizione dei materiali stessi, ma il team di Purdue ha adottato un approccio completamente diverso.

"Abbiamo scoperto che facendo vibrare l'ugello in un modo molto specifico, possiamo ridurre l'attrito sulle pareti dell'ugello, e il materiale serpeggia attraverso, " dice Gunduz.

Il team di Purdue è stato in grado di stampare articoli con una precisione di 100 micron, che è migliore della maggior parte delle stampanti 3D di livello consumer, mantenendo alte velocità di stampa.

"La forma più comune di stampa 3D è l'estrusione termoplastica, " dice Gunduz. "Di solito è abbastanza buono per i prototipi, ma per la fabbricazione effettiva, è necessario utilizzare materiali ad alta resistenza, come ceramiche o compositi metallici con una grande frazione di particelle solide. I precursori di questi materiali sono estremamente viscosi, e le normali stampanti 3D non possono depositarli, perché non possono essere spinti attraverso un piccolo ugello."

È difficile visualizzare il processo di stampa 3D, perché i materiali utilizzati sono opachi e le superfici sono nascoste all'interno dell'ugello. Quindi il team si è recato all'Argonne National Laboratory, fuori Chicago, per condurre immagini a raggi X microscopiche ad alta velocità. Sono stati in grado di vedere all'interno dell'ugello e misurare con precisione il flusso del materiale simile all'argilla per la prima volta.

"I risultati sono stati davvero sorprendenti, " dice Gunduz. "Nessuno ha mai caratterizzato un flusso viscoso attraverso un canale in questo modo. Siamo stati in grado di quantificare il flusso, e capire come stava effettivamente funzionando il nostro metodo."

La ricerca viene condotta presso gli Zucrow Labs di Purdue, il più grande laboratorio di propulsione accademico al mondo. Come tale, la prima applicazione pratica che si sta esplorando è per il combustibile solido per missili.

"I propellenti solidi iniziano molto viscosi, come la consistenza della pasta biscotto, "dice Monique McClain, un dottorato di ricerca candidato alla Scuola di Aeronautica e Astronautica di Purdue. "È molto difficile da stampare perché si indurisce nel tempo, ed è anche molto sensibile alla temperatura. Ma con questo metodo, siamo stati effettivamente in grado di stampare filamenti di propellente solido che bruciavano in modo paragonabile ai metodi tradizionali di fusione".

McClain ha testato la combustione stampando campioni di due centimetri, accendendoli in un recipiente ad alta pressione (fino a 1, 000 libbre per pollice quadrato) e analizzando il video al rallentatore della bruciatura.

Per i combustibili solidi per missili, La stampa 3D offre l'opportunità di personalizzare la geometria di un razzo e modificarne la combustione. "Potremmo voler bruciare alcune parti più velocemente o più lentamente, o qualcosa che brucia più velocemente al centro che all'esterno, "Dice McClain. "Possiamo creare tutto questo in modo molto più preciso con questo metodo di stampa 3D".