L'idea di creare un oggetto fisico da un file digitale è affascinante. Evoca ricordi dei replicatori di Star Trek che possono creare di tutto, dai vestiti ai componenti delle astronavi, ai cibi diversi. La stampa 3D di oggi sta facendo passi da gigante in quella direzione, con grande interesse di molti produttori. È ora possibile stampare i componenti per sofisticati dispositivi elettronici con apparecchiature abbastanza semplici, per esempio, come ha appena dimostrato il mio team di ricerca producendo quello che riteniamo essere il primo microfono stampato in 3D.

È diventato possibile stampare in 3D con una vasta gamma di materiali diversi, compresi quelli come il legno e l'argento. La maggior parte delle macchine sono limitate ai sintetici, però, come plastica, polimeri gommosi e nylon. Le macchine di solito stampano solo un materiale alla volta, o scambiare tra una tavolozza di due o tre materiali. Ma questo lascia ancora un sacco di potenziale, in particolare conferendo ai materiali proprietà diverse. Lo fai mescolando nanoparticelle di un altro materiale che ha le proprietà che stai cercando.

Se vuoi che il tuo materiale stampato sia conduttivo, ad esempio, aggiungi argento, nanotubi d'oro o di carbonio. Ciò rende possibile stampare circuiti elettronici. Se vuoi creare un materiale piezoelettrico, il che significa che può generare una carica elettrica se schiacciato, potresti aggiungere titanato di bario. Questo può essere trasformato in un sensore per rilevare cose come il suono o il calore; o in un attuatore, che è un dispositivo che fa muovere altri componenti.

Scambiando tra i circuiti, sensori e attuatori in un'unica stampa, è possibile creare un intero componente 3D funzionante. Le persone hanno usato questa tecnica negli ultimi anni per stampare cose come componenti ottici per, dire, lenti o pannelli; e accelerometri:dispositivi che misurano il movimento di qualsiasi cosa, dalla velocità di corsa umana ai terremoti. Allo stesso modo ci ha permesso di costruire il nostro microfono, portandolo dal file digitale alla realtà in sole sei ore.

Modifica la tua plastica

Idealmente avremmo usato una delle famose stampanti 3D MakerBot, che partono da meno di £ 1, 000, ma a loro non piace se aggiungi minuscole particelle ai tuoi materiali. Funzionano spremendo un filamento di resina plastica, che poi tramonta quando si raffredda, ma le nanoparticelle tendono a intasare questo sistema, specialmente se ne metti abbastanza per rendere potenti le nuove proprietà.

Invece abbiamo usato un Asiga Pico 27 ​​plus, che costa più di £6, 000. Utilizza un sistema chiamato elaborazione digitale della luce, dove la plastica si solidifica per esposizione alla luce ultravioletta. La luce viene modellata riflettendola 4, 000 microspecchi digitali come quelli utilizzati nei proiettori cinematografici domestici. Per fare un modello, basta proiettare una serie di immagini 2D sulla plastica liquida, spostando leggermente il modello verso l'alto ogni volta che uno strato si solidifica. Le nanoparticelle modificano la quantità di esposizione alla luce necessaria alla resina, e tendono ad assorbire o disperdere la luce, ma una volta tenuto conto di questo, la stampa può andare abbastanza bene.

Uno svantaggio dell'elaborazione digitale della luce è che non è facile cambiare i tipi di materiale. Poiché il materiale inizia sotto forma di resina liquida, deve essere contenuto in una vasca:il modello viene immerso nel liquido ogni volta che viene stampato un altro strato. Per cambiare il materiale, devi fermare tutto e scambiare le vasche manualmente prima di ricominciare con il livello di immagine successivo.

Puoi mitigarlo praticando un foro nel modello nel punto in cui desideri aggiungere un materiale diverso. È quindi possibile scambiare materiali e sovrastampare nel foro, che ti dà una parte stampata in 3D con diverse proprietà interconnesse.

Qualunque sia il prossimo

Le sfide tecniche della stampa 3D di un microfono funzionante sono in gran parte nel controllo di processo, cronometrando l'esposizione della luce UV al millisecondo e combinando e mescolando accuratamente i diversi materiali. Il risultato finale è stato un dispositivo che si comporta praticamente come un normale microfono, tranne con un segnale leggermente più povero di livello di rumore, e con un po' troppa resistenza elettrica negli strati conduttori. Non sarebbe buono come il microfono a base di silicio che troveresti nel tuo smartphone, ad esempio.

Altre persone che stampano nanocompositi in 3D hanno riscontrato problemi simili. Quando si realizzano i componenti ottici o gli accelerometri di cui ho parlato prima, le persone di solito hanno cercato di ottenere il meglio da entrambi i mondi incorporando microchip e sensori precostruiti nelle parti stampate o modificando la plastica dopo che è stata costruita. Non siamo nella fase in cui saresti in grado di stampare, dire, uno smartphone ex novo degno di questo nome:i Samsung e gli Apple sono al sicuro ancora per un po'.

Tuttavia, le nostre attuali capacità tecniche aprono ancora le porte ad alcune incredibili possibilità, in parte perché i buoni attuatori sono più facili da stampare rispetto ai buoni sensori. Benvenuti nel campo emergente della robotica morbida, dove c'è la possibilità di stampare mani che afferrano dolcemente e precisamente come la versione umana; o nanobot che si disfano in stile origami quando raggiungono la parte del corpo interessata; o anche robot completi come questo pesce, che possono imitare i complessi movimenti degli animali.

I prototipi di queste cose in realtà esistono già, sebbene ancora combinando componenti stampati e non stampati. Tra un decennio, saranno probabilmente interamente stampabili. Quindi, proprio come gli Star Trekker del 24° secolo, non c'è motivo per cui non si possa selezionare presto un file per molti dispositivi straordinari e stamparli su ordinazione. Un morbido tentacolo robotico, tu dici? Non c'è ancora un'app per questo, ma è solo questione di tempo.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.