La stampa 3d volumetrica : stampa in resina in una unica soluzione grazie a degli ologrammi

La stampa 3D volumetrica basata sull’olografia di LLNL rende gli oggetti 3D in pochi secondi, senza necessità di stratificazione
Con l’aiuto di collaboratori accademici, i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) stanno utilizzando immagini 3D ad ologramma proiettate in una resina fotosensibile per stampare in 3D parti complesse in un tempo molto breve. Il processo di stampa 3D volumetrico stampa gli oggetti tutti in una volta, piuttosto che un livello per strato.

Esistono diverse tecnologie distinte che rientrano nella stampa 3D o nella produzione additiva: FDM, SLM, SLA, ecc. Tutte queste tecniche di stampa 3D molto diverse elaborano i loro rispettivi materiali in modi diversi, ma condividono tutti una caratteristica chiave: fabbricare oggetti strato per strato.

LLNL, che non è mai stata una organizzazione che si è ritratta dall’osare tecnologicamente, ha sviluppato una tecnica di stampa 3D di resina olografica che aggira completamente l’approccio strato per strato alla fabbricazione di un oggetto.

Si chiama stampa 3D volumetrica e utilizza una sorta di proiettore di ologrammi 3D per polimerizzare la resina sensibile alla luce in una volta sola, piuttosto che uno strato alla volta. Il processo è stato sviluppato in collaborazione con ricercatori dell’Università di Berkeley, dell’Università di Rochester e del MIT.

“Questo sposta la fabbricazione in un’operazione completamente 3D, che non è mai stata eseguita prima”, spiega l’ingegnere LLNL Chris Spadaccini. “Il potenziale impatto sul mercato potrebbe essere enorme e se riesci a farlo bene, puoi comunque avere molta complessità.”

Il processo funziona dirigendo tre raggi laser sovrapposti che insieme possono definire la geometria di un oggetto da tre diverse direzioni. Ciò si traduce in un’immagine 3D completa proiettata all’interno della vasca di resina.

Naturalmente, la luce tocca anche parti della resina che non sono state stampate, ma poiché la luce ha un’intensità molto maggiore dove i fasci si intersecano, circa 10 secondi di irradiazione sono sufficienti per polimerizzare completamente e accuratamente la parte 3D. La resina non utilizzata può quindi essere scaricata, lasciando dietro di sé la parte di plastica completata.

“Il fatto di poter eseguire interamente parti 3D in un solo passaggio risolve in realtà un problema importante nella produzione additiva”, afferma Maxim Shusteff, ricercatore del LLNL, autore principale del documento.

Shusteff e gli altri ricercatori pensano che, poiché la stampa 3D volumetrica è molto più veloce di altre tecniche di stampa 3D polimerica, potrebbe aprire una sottocategoria completamente nuova dell’industria della stampa 3D.

Per dimostrare in qualche modo il loro punto di vista, il metodo di stampa 3D è già stato utilizzato per i raggi di stampa 3D, gli aerei, i montanti a angoli arbitrari, i reticoli e gli oggetti curvi. Ed è proprio questi oggetti curvi a rendere particolarmente entusiasta il team di LLNL: a causa della natura del processo, le superfici curve possono essere prodotte con pochi o nessun artefatto di stratificazione.

Il processo “tutto in una volta” consente inoltre di stampare parti in 3D che altrimenti necessitano di una struttura di supporto di grandi dimensioni.

Esistono tuttavia alcune limitazioni al processo di stampa 3D volumetrico. Poiché i raggi laser rimangono invariati durante il processo di stampa 3D, la risoluzione delle parti è limitata e le forme molto complesse sono difficili da fabbricare. Inoltre, gli scienziati devono comprendere meglio la chimica che sta dietro alle resine induribili per sapere, ad esempio, per quanto tempo il raggio laser dovrebbe essere irradiato in ogni caso.

Ma queste limitazioni rappresentano un piccolo inconveniente rispetto alle enormi opportunità presentate dal nuovo processo di stampa 3D. I ricercatori ritengono che la stampa 3D volumetrica potrebbe essere utilizzata per creare delicate strutture di idrogel e potrebbe persino essere utilizzata in condizioni di assenza di gravità per la stampa in-space. Inoltre, è semplicemente molto, molto veloce, e sarà sempre più veloce con l’uso di laser più potenti.

“Spero che il nostro lavoro andrà ad ispirare altri ricercatori a trovare altri modi per farlo con altri materiali”, afferma Shusteff. “Sarebbe un cambiamento di paradigma”.

Il documento di ricerca, “Produzione additiva volumetrica in un unico passaggio di strutture polimeriche complesse” è stato pubblicato su Science Advances . I suoi autori erano Shusteff, Allison EM Browar, Brett E. Kelly, Johannes Henriksson, Todd H. Weisgraber, Robert M. Panas, Nicholas X. Fang e Spadaccini.

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