Velocizzare la stampa 3D

Le stampanti 3D possono realizzare oggetti impossibili o costosi da realizzare con lo stampaggio, la fresatura e altri processi di produzione convenzionali. Tuttavia, queste stampanti funzionano troppo lentamente per essere ampiamente utilizzate nelle fabbriche.

1. Un tecnico versa i precursori polimerici viscosi nel pozzetto della stampante. La finestra in basso lascia entrare la luce da un proiettore di luce ultravioletta sottostante ed è permeabile all'ossigeno.

Questo perché la versione odierna della tecnologia crea oggetti uno strato alla volta. Si tratta essenzialmente di stampa 2D più e più volte, afferma l'ingegnere chimico Joseph DeSimone, fondatore e CEO di Carbon 3D, una startup a Redwood City, in California. La sua azienda afferma di avere una tecnologia da 25 a 100 volte più veloce, a seconda dell'oggetto e del materiale.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2015

• Vedi il resto del problema
• sottoscrivi

DeSimone spera che le stampanti di Carbon 3D vengano utilizzate per realizzare parti di aeroplani o automobili che siano più forti e tuttavia più leggere di quelle utilizzate oggi, contribuendo a ridurre il consumo di carburante. Vuole anche rendere possibile stampare rapidamente suole di scarpe personalizzate, adattate alle stranezze delle singole arcate, e posizionare stampanti nelle sale operatorie per generare stent abbinati alle arterie dei pazienti.

2-4. Fotogramma dopo fotogramma, la luce ultravioletta proietta il disegno nel bagno chimico. Parte della luce è visibile come un bagliore viola.

5-6. Quando i precursori chimici esposti si induriscono, un braccio meccanico estrae l'oggetto in crescita dalla vasca. Un sottile strato di ossigeno sul fondo della vasca impedisce che i modelli di indurimento si attacchino.

7. Un tecnico rimuove l'oggetto completato, la cui stampa ha richiesto 17 minuti. L'azienda afferma che questa struttura può essere realizzata in sette minuti quando il processo non viene rallentato per le fotografie.

8. Questo è un modello ingrandito della struttura dell'osso. Un modello come questo non può essere realizzato utilizzando uno stampo e sarebbe molto complicato da realizzare fresando il materiale da un blocco di polimero solido.

Un modello della Torre Eiffel realizzato in resina.

9. Un motivo di montanti all'interno di questo cilindro stampato in 3D di resina dura aggiunge ulteriore resistenza senza aggiungere molto peso. Questo tipo di design potrebbe essere utilizzato per sostituire le strutture di supporto metalliche nei sedili degli aeroplani, secondo la società.

10–11 Gli stampatori possono anche costruire oggetti con elastomeri elastici e flessibili, che potrebbero essere adatti per oggetti indossabili come suole di scarpe e cuffie. Gli elastomeri sono incompatibili con la produzione additiva tradizionale, afferma DeSimone.

Il processo di Carbon 3D è una variazione di un metodo chiamato stereolitografia, che utilizza modelli proiettati di luce ultravioletta per catalizzare la formazione di polimeri solidi da un pool di resina. La stereolitografia è in genere un processo stop-and-start: l'oggetto da stampare si attacca al fondo di qualsiasi vaso si trovi e deve essere rimosso dopo ogni lampo di luce. La ripetizione di questo processo con ogni strato è lenta e lascia l'oggetto completato meccanicamente debole dove ogni strato si collega a un altro.

Nella versione di Carbon 3D, la pozza di resina liquida si trova in un recipiente con una finestra sul fondo. La finestra è permeabile come una lente a contatto, quindi lascia entrare non solo la luce ma anche l'ossigeno, che inibisce la reazione chimica quel tanto che basta per impedire al polimero di solidificarsi sul fondo. Ciò consente a Carbon 3D di stampare continuamente uno strato sopra il successivo, il che rende il processo molto più veloce e i materiali risultanti più forti, afferma DeSimone. Sembra qualcosa che cresce da una pozzanghera, dice.

Altri ricercatori hanno dimostrato sistemi di stampa che incorporano alcune delle tecniche utilizzate nelle macchine di Carbon 3D e alcuni di questi metodi possono stampare caratteristiche con risoluzioni più elevate rispetto al processo dell'azienda. DeSimone, che ha fondato Carbon 3D nel 2013 ed è in congedo dall'Università della Carolina del Nord per lavorare presso l'azienda, ha un finanziamento di 51 milioni di dollari per sviluppare ulteriormente le stampanti e i materiali polimerici che saranno i suoi primi prodotti. A marzo, l'azienda è uscita dalla modalità invisibile con un Scienza articolo che ne descrive la tecnologia e un video accattivante di un piccolo modellino blu della Torre Eiffel che emerge rapidamente da una piccola pozza viscosa.

DeSimone afferma che mentre la maggior parte dei sistemi di stampa 3D commerciali sono stati progettati da ingegneri meccanici, il suo focus sulla chimica distingue Carbon 3D. Vogliamo offrire proprietà dei materiali che non sono mai state viste prima, dice.

nascondere