ETH sviluppa e brevetta un nuovo processo di fotopolimerizzazione del vetro

I ricercatori ETH sviluppano e brevettano un nuovo processo di fotopolimerizzazione del vetro
Può essere utilizzato per stampare in 3D alcune delle strutture di vetro più complesse di sempre

I ricercatori dell’ETH hanno prodotto oggetti in vetro complessi e altamente porosi usando una resina speciale che può essere polimerizzata con luce UV in un nuovo processo di fotopolimerizzazione del vetro. Anche se è molto comune (o forse proprio per questo) il vetro è il materiale più duro per una stampa 3D efficace. Nel numero limitato di tentativi precedenti, effettuati da ricercatori e aziende come ExOne e Micron3D , alcuni hanno realizzato oggetti stampando vetro fuso mentre altri hanno utilizzato particelle di ceramica in polvere che possono essere stampate a temperatura ambiente e quindi sinterizzate successivamente per creare vetro. Ci sono stati anche alcuni studi precedenticoncentrandosi sulla fotopolimerizzazione SLA. Tuttavia, tutti questi approcci hanno mostrato limitazioni in termini di gestione ad alta temperatura (per estrusione di vetro fuso) e trasparenza (per getti leganti e SLA).

I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno ora utilizzato una nuova tecnica per produrre oggetti in vetro complessi usando la fotopolimerizzazione e in particolare la fotopolimerizzazione DLP. David Moore, Lorenzo Barbera e Kunal Masania nel gruppo Complex Materials guidati dal professor ETH André Studart hanno sviluppato una resina speciale che contiene molecole sia plastiche che organiche a cui sono legati i precursori del vetro. I ricercatori hanno riportato i loro risultati nell’ultimo numero della rivista Natural Materials.

Illumina il bicchiere
La resina può essere lavorata utilizzando la tecnologia Digital Light Processing disponibile in commercio. Ciò comporta l’irradiazione della resina con schemi di luce UV. Ovunque la luce colpisca la resina, i monomeri di plastica si combinano per formare una struttura a labirinto, indurendo e creando il polimero. Le molecole portanti la ceramica riempiono gli interstizi di questo labirinto.

I ricercatori possono modificare vari parametri in ogni strato, inclusa la dimensione dei pori: un’intensità della luce debole provoca pori di grandi dimensioni; un’illuminazione intensa produce piccoli pori. “L’abbiamo scoperto per caso, ma possiamo usarlo per influenzare direttamente la dimensione dei pori dell’oggetto stampato”, afferma Masania. I ricercatori sono anche in grado di modificare la microstruttura, strato per strato, miscelando silice con borato o fosfato e aggiungendola alla resina. Gli oggetti complessi possono essere realizzati con diversi tipi di vetro o anche combinati nello stesso oggetto usando la tecnica.

I ricercatori hanno quindi sparato il bianco prodotto in questo modo a due diverse temperature: a 600 ° C per bruciare la struttura polimerica e quindi a circa 1000 ° C per densificare la struttura ceramica in vetro. Durante il processo di cottura, gli oggetti si restringono in modo significativo ma diventano trasparenti e duri proprio come i vetri delle finestre.


Brevetto di vetro
Questi oggetti in vetro stampati in 3D non sono ancora più grandi di un dado. Grandi oggetti di vetro, come bottiglie, bicchieri o vetri per finestre, non possono essere prodotti in questo modo – che non era in realtà l’obiettivo del progetto, sottolinea Masania. L’obiettivo era piuttosto dimostrare la fattibilità della produzione di oggetti in vetro di geometria complessa mediante un processo di stampa 3D. Tuttavia, questo nuovo approccio non è solo un espediente. I ricercatori hanno richiesto un brevetto e stanno attualmente negoziando con un importante rivenditore svizzero di articoli di vetro che desidera utilizzare la tecnologia per applicazioni commerciali.

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