Rendiamo le Stampe 3D più resistenti a calore e sollecitazioni meccaniche tramite la ricottura
Sommario:
Una nuova tecnica di stampa 3D promette di creare oggetti usando fasci di luce, aiutando tutti i tipi di professionisti - dagli zoologi alle persone a bordo di astronavi che hanno bisogno di creare strumenti a gravità zero.
La tecnica, descritta in un articolo pubblicato giovedì sulla rivista Scienza, consiste nel far brillare i raggi di luce su un liquido sensibile alla luce giallo per creare oggetti solidi. Ecco come funziona questa nuova tecnica: gli scienziati creano un modello 3D dell'oggetto desiderato, creano un film e utilizzano un proiettore per trasmettere le informazioni in un cilindro rotante. La natura del liquido significa che gli utenti possono racchiudere altri oggetti in resina; creare un manico di cacciavite attorno a un pezzo di metallo è un esempio del genere.
Hayden Taylor, assistente professore di ingegneria meccanica presso l'Università della California e autore senior di un articolo, racconta Inverso che questa nuova tecnica di stampa 3D utilizza l'hardware esistente ma fa un uso più sofisticato del suo software.
"L'apparato necessario per il nuovo processo è intrinsecamente semplice: richiede un videoproiettore - che potrebbe essere un proiettore standard standard - e un volume costantemente in rotazione del materiale sensibile alla luce", afferma Taylor. La parte difficile, spiega, sono i calcoli utilizzati per tradurre il modello 3D in un video, ma anche "può essere eseguito con un personal computer, se necessario".
La stampante è stata progettata osservando le scansioni di tomografia computerizzata, che vengono utilizzate dai medici per trovare i tumori inviando onde elettromagnetiche nel corpo. Il team doveva calcolare quanta luce inviare e quando la resina piena di cilindro ruotava. Quando la luce colpisce la resina, le molecole fotosensibili riducono l'ossigeno disciolto per creare una struttura solida. Il materiale rimanente è riutilizzabile per altri progetti e il metodo non crea praticamente sprechi.
Arriva in un momento in cui la stampa 3D sta vivendo un momento di rinascita, seguendo il clamore di massa intorno al 2013. Solo negli ultimi due mesi, i ricercatori della Columbia University hanno scoperto un modo per stampare in 3D, un altro team ha dimostrato come gli utenti possono creare un'intera scena del matrimonio e i ricercatori dell'Università del Michigan hanno creato un metodo che può stampare oggetti 100 volte più velocemente di prima.
Tipiche stampanti 3D tendono a funzionare come le loro controparti cartacee, sovrapponendo plastica ABS o acido polilattico per formare gradualmente oggetti. Questa tecnica, nota come modellazione di deposizioni fuse, tende a produrre oggetti ad alta velocità ma con bassa precisione.
"Non stampiamo strato per strato, come è tradizionale", afferma Taylor. "In alcuni altri processi, l'uso di strati rischia di introdurre vuoti interni o difetti e si traduce in una superficie poco liscia, che possono entrambi ridurre la forza o rendere la forza altamente direzionale".
Una tecnica alternativa, nota come stereolitografia, utilizzata dal team dell'Università del Michigan, utilizza un laser a ultravioletti per creare un oggetto in resina. Sembra simile alla tecnica usata dalla squadra di Taylor - soprannominata litografia assiale calcolata - ma ci sono alcune differenze interessanti tra le tecniche in questa nuova era della stampa 3D.
"Non disegniamo il componente in linea retta, ma ruotiamo il volume di stampa rispetto alla fonte di luce", dice Taylor. "Ciò significa che possiamo veramente creare tutti i punti di un oggetto 3D simultaneamente piuttosto che in sequenza.
"Inoltre, nel nostro processo, non c'è movimento dell'oggetto stampato rispetto al materiale circostante durante la stampa. Questo è un aspetto senza precedenti del nostro approccio che ci consente di stampare in materiali ad alta viscosità ed elimina i limiti di velocità di stampa che possono essere imposti ad altri processi dal flusso di fluido."
Come questa nuova tecnica potrebbe essere utilizzata a bordo di astronavi
La tecnica potrebbe anche rivelarsi utile agli astronauti nello spazio. Taylor afferma che è "certamente concepibile che le parti realizzate da litografia assiale calcolata possano essere utilizzate nello spazio", aggiungendo che "vorrei ipotizzare che l'assenza di gravità potrebbe effettivamente essere un ulteriore vantaggio per il processo".
Il problema principale con l'utilizzo di CAL sulla Terra è che l'oggetto può affondare nella resina mentre viene renderizzata. Il team ha progettato la resina in modo che l'oggetto non affondi durante il processo di stampa da qualsiasi distanza misurabile, ma lavorare a gravità ridotta potrebbe rendere ancora più piccolo tale cambiamento.
Se Elon Musk e simili realizzano il loro sogno di mandare esseri umani su Marte e di fondare una colonia, forse manderanno i loro esploratori sul pianeta rosso con un proiettore e una gigantesca vasca di resina, pronti a creare i propri strumenti. Almeno avrebbero qualcosa da usare per guardare film.
Leggi l'abstract del documento, intitolato "Produzione additiva volumetrica tramite ricostruzione tomografica", di seguito:
La produzione additiva promette un'enorme libertà geometrica e la possibilità di combinare materiali per funzioni complesse. La velocità, la geometria e le limitazioni della qualità superficiale dei processi additivi sono legate alla dipendenza dal layering dei materiali. Abbiamo dimostrato la stampa simultanea di tutti i punti all'interno di un oggetto tridimensionale illuminando un volume rotante di materiale fotosensibile con uno schema di luce dinamico in continua evoluzione. Stampiamo caratteristiche fino a 0,3 mm in tecnopolimeri acrilici, così come stampiamo strutture morbide con superfici eccezionalmente lisce in un idrogel di metacrilato di gelatina. Il nostro processo ci consente di costruire componenti che racchiudono altri oggetti solidi preesistenti, consentendo la fabbricazione di materiali multipli. Abbiamo sviluppato modelli per descrivere la velocità e le capacità di risoluzione spaziale. Abbiamo anche dimostrato tempi di stampa di 30-120 s per diversi oggetti in scala centimetrica.
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