Molte tecniche di misurazione, come la spettroscopia, beneficiare della capacità di dividere un singolo raggio di luce in due per misurare i cambiamenti in uno di essi. Il dispositivo cruciale che separa il raggio è il divisore di raggio. Questi sono stati per lo più limitati a fasci di luce, dove si usa semplicemente un vetro parzialmente riflettente.

Gli scienziati dell'EPFL hanno ora sviluppato un dispositivo simile per dividere fasci di molecole, dove vengono utilizzati elettrodi ad alta tensione per controllare il movimento delle molecole all'interno di un vuoto. Gli elettrodi sono costruiti con un metodo innovativo che combina la stampa 3D e la galvanica per la fabbricazione di strutture metalliche complesse. Lo stesso approccio può essere utilizzato anche in una vasta gamma di altri esperimenti. Il nuovo metodo è pubblicato su Revisione fisica applicata e supera i precedenti problemi di fabbricazione aprendo così nuove strade.

Sean Gordon e Andreas Osterwalder presso l'Istituto di scienze chimiche e ingegneria dell'EPFL, sviluppato il nuovo metodo di fabbricazione, e lo ha dimostrato costruendo la complicata combinazione di elettrodi necessaria per guidare e dividere fasci di molecole. Il metodo di produzione consente non solo di realizzare forme complesse ma, Inoltre, accelera la produzione di un fattore 50-100.

La tecnica inizia stampando in 3D un pezzo di plastica e quindi applicando su di esso uno strato di metallo spesso 10 μm. La galvanica è una tecnica consolidata in vari rami dell'industria come l'industria automobilistica, fabbricazione di gioielli, o idraulico. Generalmente utilizza l'elettrolisi per rivestire un materiale conduttivo con uno strato metallico. "ma la placcatura di pezzi stampati non è stata fatta prima nel contesto delle applicazioni scientifiche, "dice Andreas Osterwalder.

Per rendere i pezzi di plastica stampati conduttivi e quindi suscettibili di galvanica, sono stati prima pretrattati con una procedura speciale sviluppata dalla società Galvotec vicino a Zurigo. Una volta applicato il primo strato conduttivo, i pezzi potevano essere trattati come se fossero metallici. Il primo passaggio può essere applicato selettivamente a determinate regioni del pezzo stampato, in modo che il dispositivo finale contenga alcune aree metalliche e conduttive mentre altre rimangono isolanti.

Questo processo ha permesso ai ricercatori di costruire due elettrodi ad alta tensione elettricamente indipendenti da un singolo pezzo di plastica stampato e con la geometria corretta per la divisione del fascio. Nel frattempo, la procedura consente una scelta pressoché libera del metallo di rivestimento, compresi alcuni che sarebbero molto difficili da lavorare.

Questo approccio ha prodotto anche superfici prive di graffi, rientranze o abrasioni. Il separatore di fasci molecolare utilizzato per dimostrare il nuovo metodo è una struttura basata su elettrodi molto complessi che richiedono proprietà superficiali impeccabili e un allineamento di alta precisione. "Tutto ciò è gratuito quando si utilizza l'approccio della stampa 3D, "dice Andreas Osterwalder.

Insieme al costo, anche il nuovo metodo di stampa 3D/galvanica riduce drasticamente i tempi di produzione:la produzione tradizionale per tali strutture può spesso richiedere diversi mesi. Ma nello studio dell'EPFL, tutti i componenti sono stati stampati entro 48 ore e la galvanica ha richiesto solo un giorno. Il tempo più breve consente un turnover molto rapido e una maggiore flessibilità nello sviluppo e nel test di nuovi componenti.

Finalmente, La stampa 3D utilizza un flusso di lavoro completamente digitale:gli elettrodi vengono stampati direttamente da un computer e non richiedono input manuale. Ciò significa che una replica esatta di una configurazione sperimentale completa può essere riprodotta ovunque semplicemente trasferendo un file del computer.

Il nuovo metodo di fabbricazione mette in evidenza l'enorme potenziale che le stampanti 3D hanno per la ricerca fondamentale, in una varietà di aree di ricerca. Dimostra in particolare che ora possiamo produrre rapidamente pezzi elettricamente conduttivi chimicamente robusti con alta precisione e a basso costo poiché la stampa 3D è praticamente illimitata in termini di design e geometria delle strutture.