La sinterizzazione selettiva delle polveri per la stampa 3D è recentemente diventata una soluzione sempre più conveniente per la produzione di elementi su ordinazione di quasi qualsiasi forma o geometria. Questa tecnica prevede il riscaldamento di un letto di polvere (come poliammide, PA12) appena al di sotto del suo punto di fusione, utilizzando una sorgente di luce IR per fondere selettivamente una sezione trasversale della polvere, quindi aggiungendo più polvere e ripetendo per formare un oggetto 3-D. Per ridurre i costi e aumentare la velocità di stampa, alle polveri viene spesso aggiunto un sensibilizzante fototermico. Tipicamente a base di carbonio, con un forte assorbimento della banda larga, l'aggiunta di questi sensibilizzanti alle polveri polimeriche aumenta la conversione della luce incidente in calore, il che significa maggiori velocità di stampa. Però, i sensibilizzanti a base di carbonio possono produrre solo oggetti neri o grigi. Per creare stampe bianche o colorate, sono necessari equivalenti visibilmente trasparenti.

Uno studio condotto qualche anno fa da un team di ricercatori dell'ICFO, scritto per la prima volta da Alexander Powell e guidato dai professori ICREA presso ICFO Gerasimos Konstantatos, e Romain Quidant, riportato su una soluzione per superare le restrizioni di colore in questo metodo utilizzando nanoparticelle plasmoniche. I ricercatori hanno progettato nanoparticelle d'oro ricoperte di silice come sensibilizzante fototermico per consentire una rapida sinterizzazione di polveri polimeriche in oggetti 3-D facendo assorbire fortemente queste nanoparticelle nel vicino infrarosso, mentre interagisce solo in minima parte con la luce visibile. Alla risonanza, questi compositi hanno mostrato una conversione luce-calore notevolmente migliorata rispetto ai compositi equivalenti e potrebbero essere sinterizzati utilizzando sorgenti luminose a bassa potenza. Sebbene queste particelle si siano dimostrate molto efficienti per la rapida fabbricazione di oggetti 3D colorati, hanno dimostrato di avere alcune limitazioni quando si tenta di stampare oggetti 3D in colore bianco puro o multicolore con un'elevata fedeltà cromatica su un'ampia gamma di tonalità che influiscono sulla qualità della colorazione delle stampe in alte concentrazioni.

Così, in un recente studio pubblicato su Nano lettere , i ricercatori dell'ICFO Alexander Powell, Alexandros Stavrinadis, e Sotirios Christodoulou, guidato dai Professori ICREA presso ICFO Gerasimos Konstantatos, e Romain Quidant, hanno ora segnalato l'uso di un nuovo sensibilizzante che ha dimostrato di superare facilmente questi problemi.

Nel loro studio, il team di ricercatori ha riferito di aver utilizzato nanoparticelle di ossido di tungsteno (WO3) come sensibilizzanti fototermici per le polveri polimeriche. Queste nanoparticelle comprendono elementi a basso costo, che li rendono facili ed economici da fabbricare. Sono incolori ad alte concentrazioni e hanno un forte assorbimento nella regione del vicino infrarosso, dimostrando la loro capacità di trasformare la luce in calore ad un ritmo veloce, e quindi abilitarli come agenti a fusione rapida. Inoltre, possono essere accesi o spenti in modo efficiente con elettricità o radiazioni ultraviolette. Ancora di più, sono stabili a temperature molto elevate e dimostrano un tasso di cambio di colore dal riscaldamento superiore rispetto ad altri sensibilizzanti disponibili. Finalmente, se miscelato con altri inchiostri a colori, queste nanoparticelle sono state in grado di riprodurre le stesse sfumature di colore delle polveri originali, mantenendo la purezza del colore dei campioni incontaminati.

I risultati dello studio aprono un nuovo percorso per l'uso di nanoparticelle plasmoniche che possono essere utilizzate per produrre oggetti 3-D-multicolor di alta qualità cromatica per processi di produzione avanzati.