I chimici del MIT e i materiali per la stampa 3d in grado di crescere e fondere dopo la stampa stessa

Una Nuova tecnica ‘living additive manufacturing’  che permette la  fusione  e l’alterazione chimica  dei materiali stampati in 3d

I chimici del MIT hanno sviluppato una tecnica di stampa 3D che permette l’alterazione della struttura chimica di un oggetto stampato e la  giunzione di più oggetti stampati in 3d. Si dice che la tecnica potrebbe espandere notevolmente la complessità degli oggetti che possono essere creati con la stampa 3D.

La stampa 3D è una tecnica di produzione incredibilmente versatile, in grado di creare molte cose da vari tipi di materiale. Ma vi sono limitazioni alla tecnologia: uno per tutti è che oggetti sono, nel complesso, inalterabile una volta stampati. Essi possono essere post-elaborati, levigati, anche lavorati in forme più piccole, ma la struttura chimica di un oggetto è a tutti gli effetti, “morta”. Ma un gruppo di chimici “negromanti  ” del MIT hanno sviluppato una tecnica per gli oggetti stampati in  3D la cui composizione chimica può  essere modificata anche dopo la stampa. La tecnica consente inoltre di fondere insieme alcuni oggetti stampati in 3d.

Sotto la guida di Mao Chen e Yuwei Gu, il team del MIT ha pubblicato i  risultati nel numero odierno di ACSCentral Science  . Jeremiah Johnson, Firmenich Career Development Professore Associato di Chimica presso il MIT, è l’autore principale della ricerca, e ha spiegato al personale del MIT come la nuova tecnica possa  essere usata per aumentare la complessità degli oggetti stampati in 3d. “L’idea è che si possa stampare un materiale e, successivamente, prendere quel materiale e, utilizzarlo con la luce, cambiare il materiale in qualcosa d’altro, o far crescere ulteriormente il materiale,”

La Stereolitografia, la tecnica di stampa 3D in resina liquida introdotta da 3D Systems e resa popolare da aziende moderne come Formlabs, è uno dei processi più precisi disponibili per gli utenti della tecnologia di stampa 3D. Una stampante stereolitografica 3D fa brillare una serie di proiezioni luminose su una vasca di resina liquida che polimerizza (indurisce) in risposta alla luce. Strato dopo strato, viene formato un oggetto solido. Prendendo la stereolitografia e combinandola con una tecnica nota come la “polimerizzazione vivente”, Johnson e il suo team sono stati in grado di creare materiali stampati in 3D la cui crescita può essere fermato e poi riavviata in un secondo momento.

Nel 2013, i ricercatori del MIT hanno scoperto che, utilizzando la luce UV, potrebbero spezzare i polimeri di strutture stampate in 3d , creando molecole reattive chiamate “radicali liberi”. I radicali liberi possono quindi associarsi ai nuovi monomeri da una soluzione che circonda l’oggetto , incorporandoli nel materiale originale. “Il vantaggio è che si può accendere la luce e le catene crescono, e si spegne la luce e si fermano”, ha detto Johnson. “In linea di principio, è possibile ripetere  a tempo indeterminato e si possono continuare a far crescere e crescere.”

Purtroppo, il tentativo di controllare i radicali liberi si è rivelato eccessivamente difficile, con danni eccessivi inflitti al materiale stampato in 3D. Fortunatamente però, i chimici del MIT avevano un altro asso nella manica: la luce blu da un LED. Polimeri come quelli utilizzate per la stampa 3D contengono gruppi chimici TTC, che possono essere attivati ​​da catalizzatori organici che sono attivati ​​dalla luce. Quando sono sottoposti a luce blu da un LED, questi TTC si estendono come nuovi monomeri . E poiché questi monomeri sono aggiunti uniformemente, forniscono il materiale con nuove proprietà. “Abbiamo davvero un metodo veramente in grado di prendere i materiali macroscopici e di farli crescere nel modo in cui vogliamo”, ha detto Johnson.

Utilizzando la tecnica della luceLED, i ricercatori del MIT hanno scoperto che potrebbero modificare vari attributi di strutture stampate in 3d, comprese la  loro rigidità e idrofobicità (quanto respingono o assorbono l’acqua). E con l’aggiunta di un certo tipo di monomero, i chimici sono stati anche in grado di rendere i materiali in grado di gonfiarsi  in risposta alla temperatura. Meglio ancora, sono stati in grado chimicamente di fondere due oggetti stampati in 3d . I ricercatori dicono che questo particolare processo potrebbe essere utilizzato per creare enormi, chimicamente stabili strutture stampate in 3d di complessità senza precedenti.

Un ostacolo che i ricercatori hanno affrontato riguardava l’ambiente senza ossigeno , poiché il catalizzatore organico utilizzato nel processo non può funzionare in presenza di ossigeno. Il gruppo ha tuttavia, testato altri catalizzatori che possono catalizzare polimerizzazioni simili in presenza di ossigeno.

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