Auto che vanno più di 1, 000 miglia con una singola ricarica e smartphone che possono funzionare per giorni senza ricaricarsi sono tra le possibilità che potrebbero emergere da un nuovo progetto di ricerca della Clemson University che unisce la stampa 3D e l'elaborazione laser.

Jianhua "Joshua" Tong e il suo team stanno lavorando a una nuova tecnica di stampa 3D che prevede una rapida elaborazione laser per creare "stampi di elettrolizzatori ceramici protonici" che convertono l'elettricità in idrogeno come un modo per immagazzinare energia.

Gli elettrolizzatori potrebbero avere diversi usi, anche come fonte di carburante nelle automobili o per immagazzinare l'energia generata dall'energia solare ed eolica.

La nuova tecnica di stampa 3D laser ridurrebbe i costi e i tempi di produzione di elettrolizzatori altamente compatti, ha detto Tong. Così facendo, potrebbe non solo dimezzare il costo della produzione di idrogeno, ma anche ridurre le dimensioni del dispositivo di un ordine di grandezza, Egli ha detto.

Tong, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali, sta conducendo la ricerca con 1,6 milioni di dollari dall'Ufficio per l'efficienza energetica e le energie rinnovabili del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

"Il nostro successo ci consentirà di fornire prodotti sostenibili, energia pulita, " Tong ha detto. "Questa è la parte fantastica. Stiamo portando la stampa 3D a un livello superiore".

Se i ricercatori hanno successo con gli elettrolizzatori, la stessa tecnica potrebbe essere applicata alla stampa 3D di altri tipi di prodotti ceramici, comprese batterie e celle solari, ha detto Tong. La tecnica potrebbe, Per esempio, portano a batterie ad alta densità che consentono agli smartphone di mantenere la carica per giorni interi, Egli ha detto.

Il progetto di Tong è l'ultimo di un corpo di ricerca in crescita volto a utilizzare la stampa 3D per cambiare il modo in cui i prodotti vengono fabbricati. Nella stampa 3D, i prodotti sono progettati su un computer e quindi stampati uno strato alla volta, gli strati impilati uno sopra l'altro per creare il prodotto.

Le stampanti 3D a microonde che si trovano spesso nelle aule delle scuole superiori stampano con la plastica. Una delle grandi sfide nella produzione avanzata è capire come stampare in modo conveniente con altri tipi di materiali.

Per Tong, il focus è sulla ceramica.

Quando fatto in modo convenzionale, le ceramiche devono essere sinterizzate in un forno ad alte temperature, spesso per diverse ore. Diversi tipi di ceramica devono essere sinterizzati a temperature diverse.

Un elettrolizzatore richiede quattro diversi tipi di ceramica, rendendo la sinterizzazione una sfida.

Nel progetto di Tong, una stampante 3D stende uno strato di ceramica, e un laser lo sinterizza allo stesso tempo, eliminando la necessità del forno.

La tecnica consentirebbe all'utente di stampare in 3D un elettrolizzatore composto da quattro diversi tipi di ceramica senza utilizzare un forno. Sarebbe simile a fare una torta con molti strati e con un sapore diverso per ogni strato.

La tecnica potrebbe aprire la stampa 3D a nuovi prodotti e a tutti i vantaggi che ne derivano. Per esempio, un progetto per la pila di celle a combustibile di un'auto potrebbe essere inviato via e-mail a una fabbrica a migliaia di chilometri di distanza, e potrebbe essere stampato in poche ore invece di aspettare giorni per la consegna, ha detto Tong.

Il progetto riunisce quattro docenti del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali di Clemson. Tong funge da investigatore principale del progetto, mentre Hai Xiao, Kyle Brinkman e Fei Peng sono i co-investigatori principali.

Rajendra Bordia, presidente del dipartimento, ha detto che la ricerca migliora gli sforzi di Clemson per aiutare a creare modi più sostenibili di convertire l'energia.

"Il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali è in una posizione unica per svolgere un ruolo di primo piano nell'utilizzo dell'elettrolisi per creare energia per il trasporto da fonti rinnovabili, " ha detto. "Il team che lavora su questo progetto rappresenta un'esperienza di livello mondiale nelle aree rilevanti, compresi materiali ceramici e dispositivi per la conversione dell'energia, lavorazione laser, produzione additiva e lavorazione della ceramica."

Anand Gramopadhye, preside della Facoltà di Ingegneria, Informatica e scienze applicate, ha affermato che il progetto si basa sull'eccellenza di Clemson nella ricerca manifatturiera avanzata.

"L'importo del premio è una testimonianza delle idee innovative e dei migliori talenti che stanno investendo nella ricerca, " Ha detto Gramopadhye. "Mi congratulo con il dottor Tong e il suo team per la sovvenzione".