Invece di accumulare filamenti di plastica strato per strato, un nuovo approccio alla stampa 3D solleva forme complesse da una vasca di liquido fino a 100 volte più velocemente rispetto ai processi di stampa 3D convenzionali, Lo hanno dimostrato i ricercatori dell'Università del Michigan.

La stampa 3D potrebbe cambiare il gioco per lavori di produzione relativamente piccoli, producendo meno di 10, 000 articoli identici, perché significherebbe che gli oggetti potrebbero essere realizzati senza la necessità di uno stampo che costa fino a $ 10, 000. Ma la forma più familiare di stampa 3D, che è un po' come costruire oggetti 3D con una serie di linee 1D, non è stato in grado di colmare questa lacuna sui tempi di produzione tipici di una settimana o due.

"Utilizzando approcci convenzionali, non è davvero raggiungibile a meno che tu non abbia centinaia di macchine, " ha detto Timothy Scott, Professore associato di ingegneria chimica UM che ha co-guidato lo sviluppo del nuovo approccio alla stampa 3D con Mark Burns, il T.C. Chang Professore di Ingegneria presso la U-M.

Il loro metodo solidifica la resina liquida utilizzando due luci per controllare dove la resina si indurisce e dove rimane fluida. Ciò consente al team di solidificare la resina in modelli più sofisticati. Possono realizzare un bassorilievo 3-D in un singolo scatto piuttosto che in una serie di linee 1D o sezioni trasversali 2-D. Le loro dimostrazioni di stampa includono un reticolo, una barca giocattolo e un blocco M.

"È una delle prime vere stampanti 3D mai realizzate, "disse Burns, professore di ingegneria chimica e ingegneria biomedica.

Ma il vero approccio 3D non è una semplice trovata:era necessario superare i limiti dei precedenti sforzi di stampa in vasca. Vale a dire, la resina tende a solidificarsi sulla finestra attraverso la quale traspare la luce, interrompere il lavoro di stampa non appena viene avviato.

Creando una regione relativamente ampia in cui non si verifica la solidificazione, resine più spesse, potenzialmente con additivi in ​​polvere rinforzanti, possono essere utilizzate per produrre oggetti più durevoli. Il metodo migliora anche l'integrità strutturale della stampa 3D a filamento, poiché quegli oggetti hanno punti deboli alle interfacce tra i livelli.

"Puoi diventare molto più duro, materiali molto più resistenti all'usura, " ha detto Scott.

Una soluzione precedente al problema della solidificazione sulla finestra era una finestra che lasciava passare l'ossigeno. L'ossigeno penetra nella resina e arresta la solidificazione vicino alla finestra, lasciando una pellicola di fluido che permetterà di staccare la superficie appena stampata.

Ma poiché questo spazio è spesso solo quanto un pezzo di nastro adesivo trasparente, la resina deve essere molto liquida per fluire abbastanza velocemente nel piccolo spazio tra l'oggetto appena solidificato e la finestra mentre la parte viene sollevata. Questo ha limitato la stampa della vasca a piccoli, prodotti personalizzati che saranno trattati con relativa delicatezza, come dispositivi odontoiatrici e solette per scarpe.

Sostituendo l'ossigeno con una seconda luce per fermare la solidificazione, il team del Michigan può produrre uno spazio molto più ampio tra l'oggetto e la finestra, spesso millimetri, consentendo alla resina di fluire migliaia di volte più velocemente.

La chiave del successo è la chimica della resina. Nei sistemi convenzionali, c'è solo una reazione. Un fotoattivatore indurisce la resina ovunque risplenda la luce. Nel sistema Michigan, c'è anche un fotoinibitore, che risponde a una diversa lunghezza d'onda della luce.

Piuttosto che limitarsi a controllare la solidificazione in un piano 2D, come fanno le attuali tecniche di stampa in vasca, il team del Michigan può modellare i due tipi di luce per indurire la resina praticamente in qualsiasi punto 3D vicino alla finestra di illuminazione.

U-M ha depositato tre domande di brevetto per tutelare i molteplici aspetti inventivi dell'approccio, e Scott si sta preparando a lanciare una startup.

Un articolo che descrive questa ricerca sarà pubblicato in Progressi scientifici , intitolato, "Rapido, produzione additiva continua mediante modelli di inibizione della polimerizzazione volumetrica."