La stampa 3D indotta dal vapore apre nuove strade per applicazioni nel mondo reale

Il mondo della stampa 3D continua a evolversi nelle sue capacità e nei suoi processi. Uno studio recente condotto da ingegneri dell’Università della Florida pubblicato su Natural Communications spinge questa tecnologia ancora più avanti. Il rapporto descrive un nuovo metodo di stampa 3D indotta dal vapore che è sia più economico che più sostenibile rispetto ai metodi attuali. Ecco cosa devi sapere.

Nuovo metodo di stampa 3D

Il nuovo metodo, chiamato stampa 3D a separazione di fase indotta dal vapore (VIPS-3D), promette di fornire nuove capacità riducendo al contempo i costi per i produttori. Questo nuovo approccio alla stampa 3D consente ai produttori di realizzare forme più complesse utilizzando più materiali, tra cui polimeri, compositi e metalli.

Gli ingegneri dell’Università della Florida hanno utilizzato un nuovo approccio e nuovi prodotti chimici per realizzare questi compiti. Il processo è iniziato con i ricercatori che hanno deciso quale processo di stampa 3D migliorare. Esistono diversi metodi e materiali utilizzati in queste applicazioni e i ricercatori volevano creare un metodo di stampa 3D che supportasse diversi livelli di porosità.

Ci sono molti casi d’uso in cui i materiali porosi sono fondamentali. Sono spesso più stabili, leggeri e richiedono meno materiale. Perciò, questo settore del mercato della stampa 3D è stato a lungo un punto focale per i ricercatori che cercano di migliorare le operazioni. Ecco come questo team di menti ingegnose ha reso possibile stampare forme complesse in ceramica e metallo porosi.

Come funziona VIPS-3D

Il processo di stampa indotta dal vapore utilizzato per abilitare questo metodo di stampa 3D si chiama separazione di fase indotta da non-solvente (NIPS). Funziona utilizzando un polimero 3D e materiali compositi per stampare. Un non-solvente nebulizzato viene usato per dissolvere l’inchiostro a base di polimero dall’oggetto stampato come parte di questo processo.

Successivamente inizia il processo di rimozione del solvente a bassa volatilità. Il solvente viene estratto in modo costante, indurendo il materiale in modo uniforme.  Questo passaggio consente alla fase polimerica di iniziare a irrigidire il materiale. Notare, questo processo è più flessibile in termini di materiali e forme.

Vantaggi di VIPS-3D

Questo metodo di stampa 3D presenta alcuni vantaggi importanti desiderati dai professionisti del settore. In primo luogo, consente agli ingegneri di scalare fattori chiave come la porosità. Inoltre, possono regolare spazialmente le loro creazioni, il che permette la stampa diretta di pezzi multi-materiali funzionanti quando sono combinati con più materiali.

Flessibilità

Un altro vantaggio importante è la flessibilità aggiuntiva che VIPS-3D porta sul mercato. Il processo consente l’uso di un’ampia selezione di materiali. Gli ingegneri hanno dimostrato che il metodo funziona bene nella stampa di oggetti in ceramica e metallo. Questa capacità rende possibile stampare forme complesse utilizzando più materiali, inclusi quelli che sfruttano particelle ceramiche o metalliche per fornire struttura.
La regolabilità di questo processo è un grande vantaggio che potrebbe aiutarlo a trovare casi d’uso di mercato più rapidamente. Il sistema consente agli utenti di impostare la porosità interfilamento e il supporto inorganico. Questa opzione permette di regolare le condizioni di stampa. Ad esempio, potresti decidere di rendere l’oggetto più leggero e utilizzare meno materiale semplicemente aumentando la sua porosità durante la produzione.

Economicità

Uno dei motivi principali per cui c’è tanto clamore attorno a questo nuovo metodo di stampa 3D è che è più economico rispetto ai metodi tradizionali. L’uso di materiali organici e nuovi metodi di stampa riduce significativamente i costi.
Inoltre, poiché il progetto può regolare la porosità, c’è meno spreco o utilizzo inutile di inchiostro. Tutti questi fattori migliorano il risultato finale. Per un’azienda che si affida alla stampa 3D come parte del proprio modello di business principale, questi costi fanno la differenza.

Meno infrastruttura richiesta

Il processo di stampa 3D a vapore dei ricercatori ha un ulteriore vantaggio: richiede molta meno infrastruttura per l’installazione, l’operatività e la manutenzione. L’uso di un fluido non-solvente consente di recuperare la maggior parte di esso. Inoltre, questo metodo di stampa 3D utilizza molta meno energia elettrica rispetto ai metodi esistenti. L’uso del solvente permette di fissare l’oggetto in posizione senza la necessità di ristampare ogni sezione. Pertanto, è più facile da installare, spostare e utilizzare.

Condizioni ambientali

È notevole che questo metodo di stampa 3D possa essere eseguito in normali condizioni ambientali. Questo è un grande vantaggio per chi desidera stampare alcuni tipi di polimeri e metalli che spesso richiedono calore. La stampa VIPS-3D di materiali polimerici, metallici e compositi può avvenire a condizioni di stanza con risultati costanti.

Riutilizzabile

Il metodo VIPS-3D introduce un sistema di recupero del solvente. Questo processo consente il riutilizzo del non-solvente più volte. Dopo ogni sessione, il solvente viene rimosso e raccolto. Questa strategia garantisce che non finisca nell’ambiente e consente di risparmiare denaro.

Uso sostenibile della stampa indotta dal vapore

Uno degli aspetti più interessanti di questo progetto è l’uso di liquidi ecologici. Queste nuove opzioni di inchiostro per stampanti 3D sfruttano soluzioni a base di polimeri solubili che non danneggiano l’ambiente. Perciò, molti prevedono la stampa 3D come uno dei modi migliori per contribuire a ridurre l’impatto ambientale.

Team di ingegneri

È importante notare che la ricerca ha coinvolto i professori di ingegneria meccanica e aerospaziale Yong Huang, Ph.D., e Marc Sole-Gras, Ph.D. In particolare, Sole-Gras è l’autore principale del documento ed è stato uno studente del dott. Huang. Il team ha presentato e ottenuto due brevetti come parte della loro ricerca, con la maggior parte dei finanziamenti provenienti dalla National Science Foundation e dal Department of Energy.

Applicazioni potenziali

Ci sono molte applicazioni in cui i materiali porosi stampati in 3D sono fondamentali per il completamento di un compito. Ci sono situazioni in cui è necessario rendere l’oggetto poroso affinché sia più leggero, consenta il flusso d’aria o sia più strutturalmente solido. Ecco i settori chiave che questo sviluppo potrebbe influenzare

Sanità

La creazione di impianti medici porosi o altri dispositivi sanitari utili è un esempio perfetto di come questa tecnologia potrebbe aiutare milioni di persone a vivere meglio. Già, i ricercatori hanno evidenziato il suo potenziale nel campo dell’ingegneria tissutale ossea.
Questo settore potrebbe vedere l’uso di questo metodo per creare impianti realistici che corrispondono alla porosità di altre cellule del corpo. Questo approccio aiuterebbe a ridurre l’impatto di protesi e impianti consentendo loro di integrarsi meglio nel corpo.

Robotica bioibrida

Un altro campo che può trarre grandi benefici dall’integrazione di VIPS-3D è la robotica bioibrida. Questi dispositivi sono costruiti per imitare o ampliare i processi meccanici naturali. Si può pensare a robot che somigliano a esseri umani o altri animali. Possono persino fondere tessuti organici con processi meccanici per raggiungere obiettivi impressionanti.
I robot bioibridi stanno crescendo e per una buona ragione. Potrebbero aiutare milioni di persone. Esistono già robot bioibridi che aiutano le persone a parlare, camminare e, in futuro, vedere. L’integrazione dell’IA ha contribuito a potenziare questo settore. Ora, VIPS-3D potrebbe aiutare a rendere questi dispositivi più leggeri, migliorando l’autonomia della batteria e la portabilità.

Aerospaziale

L’industria aerospaziale è un altro ambito in cui i metodi di stampa 3D porosa prosperano. La porosità è cruciale quando si riduce il peso e, nel contesto aerospaziale, il peso è sempre un punto focale. Il nuovo metodo potrebbe semplificare la creazione di prodotti aerospaziali leggeri in modo rapido.
Queste stampanti 3D potrebbero un giorno essere usate per creare parti di ricambio per un veicolo spaziale. La capacità di personalizzare l’uso dei materiali e integrare polimeri e metalli le rende la soluzione ideale per questi scenari.

Aziende che potrebbero beneficiare della stampa indotta dal vapore

Ci sono molte industrie e aziende che vedranno benefici diretti da questa tecnologia se prenderà piede. Dall’aerospaziale all’energia e all’automotive, la stampa 3D è in crescita. Ecco un paio di aziende che potrebbero sfruttare la tecnologia VIPS-3D per migliorare le loro offerte e il posizionamento sul mercato.

1. Ansys Inc

Ansys è un fornitore statunitense di software e servizi di simulazione ingegneristica che ha consolidato una reputazione di forza pionieristica nel mercato. L’azienda è specializzata in servizi di simulazione che aiutano nella progettazione di prodotti complessi. L’integrazione di VIPS-3D potrebbe contribuire ad alleviare molte delle sfide di progettazione affrontate dai suoi clienti.