Unire le forze: velocemente

May 03, 2023

Stampare oggetti in plastica in modo preciso, rapido ed economico è l’obiettivo di molti processi di stampa 3D. Tuttavia, la velocità e l’alta risoluzione rimangono una sfida tecnologica. Un gruppo di ricerca del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), dell’Università di Heidelberg e della Queensland University of Technology (QUT) ha fatto molta strada per raggiungere questo obiettivo. Ha sviluppato un processo di stampa laser in grado di stampare parti di dimensioni micrometriche in un batter d’occhio. Il team internazionale ha pubblicato il lavoro su Nature Photonics.

Nella stampa 3D a fogli leggeri, la luce laser rossa e blu viene utilizzata per stampare oggetti in modo preciso e rapido su scala micrometrica

Vincent Hahn, KIT

La stampa 3D stereolitografica è attualmente uno dei processi di produzione additiva più popolari per la plastica, sia per applicazioni private che industriali. Nella stereolitografia gli strati di un oggetto 3D vengono proiettati uno ad uno in un contenitore riempito di resina. La resina viene polimerizzata mediante luce UV. Tuttavia, i precedenti metodi di stereolitografia sono lenti e hanno una risoluzione troppo bassa. La stampa 3D a foglio leggero, utilizzata dai ricercatori del KIT, è un’alternativa veloce e ad alta risoluzione.

Nella stampa 3D a foglio leggero, la luce blu viene proiettata in un contenitore riempito con una resina liquida. La luce blu preattiva la resina. In una seconda fase, un raggio laser rosso fornisce l’energia aggiuntiva necessaria per polimerizzare la resina. Tuttavia, la stampa 3D può stampare rapidamente solo resine che ritornano rapidamente dallo stato preattivato allo stato originale. Solo allora è possibile stampare lo strato successivo. Di conseguenza, il tempo di ritorno determina il tempo di attesa tra due strati successivi e quindi la velocità di stampa. "Per la resina che abbiamo utilizzato, il tempo di ritorno è stato inferiore a 100 microsecondi, il che consente velocità di stampa elevate", afferma il primo autore Vincent Hahn dell'Institute of Applied Physics (APH) del KIT.

Per sfruttare questa nuova resina, i ricercatori hanno costruito una speciale stampante 3D. In questa stampante, i diodi laser blu vengono utilizzati per proiettare immagini nella resina liquida utilizzando un display ad alta risoluzione con un frame rate elevato. Il laser rosso forma un sottile raggio "foglio luminoso" e attraversa verticalmente il raggio blu nella resina. Con questa soluzione, il team è stato in grado di stampare in 3D parti di dimensioni micrometriche in poche centinaia di millisecondi, ovvero in un batter d’occhio. Ma non dovrebbe finire qui: "Con resine più sensibili, potremmo persino utilizzare i LED invece dei laser nella nostra stampante 3D", afferma il professor Martin Wegener dell'APH. "In definitiva, vogliamo stampare strutture 3D di dimensioni centimetriche, mantenendo una risoluzione micrometrica e velocità di stampa elevate."

V. Hahn, P. Rietz, F. Hermann, P. Müller, C. Barner-Kowollik, T. Schlöder, W. Wenzel, E. Blasco e M. Wegener: Microstampa tridimensionale di fogli luminosi tramite bicolore assorbimento in due fasi. Fotonica della natura, 2022.

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V. Hahn, P. Rietz, F. Hermann, P. Müller, C. Barner-Kowollik, T. Schlöder, W. Wenzel, E. Blasco e M. Wegener: Microstampa tridimensionale di fogli luminosi tramite bicolore assorbimento in due fasi. Fotonica della natura, 2022.

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