Una nuova, L'inchiostro nanocomposito polimerico stampabile in 3D ha proprietà incredibili e molte applicazioni nel settore aerospaziale, medicina ed elettronica.

I ricercatori di ingegneria meccanica della Michigan Technological University hanno creato un modo per realizzare un inchiostro polimerico nanocomposito stampabile in 3D che utilizza nanotubi di carbonio (CNT), noti per la loro elevata resistenza alla trazione e leggerezza. Questo inchiostro rivoluzionario potrebbe sostituire gli epossidici e capire perché le sue proprietà sono così fantastiche è un primo passo verso il suo uso di massa.

Stampa 3D, noto anche come produzione additiva, è più versatile ed efficiente del casting. Aggiunge un materiale con precisione, spesso in geometrie complesse, con un eccesso notevolmente inferiore da tagliare. L'aggiunta di nanomateriali a bassa dimensionalità come i CNT, grafene, nanoparticelle metalliche e punti quantici consentono ai materiali stampati in 3D di adattarsi agli stimoli esterni, conferendo loro caratteristiche come conduttanza elettrica e termica, magnetismo e immagazzinamento elettrochimico.

Ma la stampa 3D con la plastica, il metallo o qualcos'altro non è nuovo. Quello che i ricercatori Tech hanno fatto in modo diverso è usare nanocompositi polimerici (fatti di resina epossidica, nanotubi di carbonio e nanoargilla) e un processo di stampa che non sacrifica la funzionalità. La giunzione tra tipo di materiale e morfologia:dimensione, forma, struttura:negli inchiostri polimerici nanocompositi è il massimo in termini di funzione di incontro di forma.

L'esplorazione del processo, morfologia e proprietà degli inchiostri polimerici è oggetto di un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Produzione di additivi di Parisa Pour Shahid Saeed Abadi, un ingegnere che esplora l'interfaccia dei materiali, meccanica e medicina, e lo studente laureato Masoud Kasraie.

Abadi e Kasraie sottolineano che prima che i ricercatori possano correre verso le gare usando inchiostri polimerici, devono prima imparare a camminare. Il primo passo è scavare nell'intersezione tra la macroscala (come i nostri occhi vedono le prestazioni di un materiale) e la nanoscala (cosa non possiamo vedere, ma so che sta accadendo).

Costruire la comprensione prima della quota di mercato

Mentre i nanocompositi polimerici e i prodotti e i servizi di stampa 3D hanno entrambi valori di mercato di miliardi di dollari, La stampa 3D di nanomateriali ha un valore di mercato di circa 43 milioni di dollari, Abadi ha notato.

"Per la prosperità nazionale e per sostenere la leadership globale nel settore manifatturiero, il divario tra le applicazioni reali della stampa 3D e dei nanomateriali rispetto alla stampa 3D con nanomateriali deve essere colmato, " Ha detto Abadi. "Il divario esiste a causa della mancanza di controllo delle proprietà dei nanocompositi nel processo di stampa 3D, perché non comprendiamo appieno la relazione processo-morfologia-proprietà".

Il collo di bottiglia è comprendere la complessa interazione tra la meccanica su macroscala dei processi di stampa 3D e la meccanica e la fisica su nanoscala dei nanocompositi. La ricerca di Abadi e Kasraie cerca di allentare il collo di bottiglia esplorando la relazione tra i parametri del processo di stampa 3D e la morfologia dei nanomateriali negli inchiostri da stampa nanocompositi, che è il pezzo più importante ma meno esplorato del puzzle.

I numerosi vantaggi dell'inchiostro nanomateriale

Andando oltre la scienza dell'inchiostro nanocomposito, il materiale è molto promettente per le sue numerose funzionalità. Un vantaggio della stampa 3D è il controllo quasi completo sulla forma del prodotto finale.

La conduttività dell'inchiostro nanomateriale di Abadi e Kasraie è una caratteristica eccezionalmente utile che conferisce alla resina epossidica stampata il potenziale per raddoppiare come cablaggio elettrico, sia in un circuito stampato, un'ala di aeroplano o in attuatori stampati in 3D per guidare i cateteri nei vasi sanguigni. Un'altra caratteristica utile dell'inchiostro polimerico nanocomposito è la sua forza.

"Rispetto all'acciaio e all'alluminio, vediamo una riduzione del peso dell'80% con composito epossidico con la stessa resistenza, " disse Kasraie.

Finalmente, nel campo medico e nell'industria aerospaziale ed elettronica, dove difetti e danni possono significare grossi guai, i nanocompositi svolgono una funzione di sicurezza.

"Quando qualcosa si rompe, una minuscola crepa parte da un difetto su microscala e progredisce fino a rompere l'intera struttura, " Ha detto Abadi. "Le caratteristiche dei nanocompositi creano ponti in quelle crepe e non lasciano che le crepe crescano. Questo è uno dei meccanismi attraverso i quali i nanotubi di carbonio aumentano la resistenza meccanica del materiale".

Rapporto proprietà-peso, conduttività elettrica, maggiore resistenza e facilità di applicazione sono solo alcuni dei tanti motivi promettenti per cui gli inchiostri nanocompositi polimerici probabilmente sostituiranno gli epossidici tradizionali.