L’IMT valuta materiali e processi di stampa 3D nella miniaturizzazione e nella microfluidica

Proprio come la stampa 3D ci sta permettendo di creare così tante cose inedite, la tecnologia stessa continua ad espandersi oltre i suoi limiti precedenti. La miniaturizzazione è un buon esempio, come è stato esplorato di recente da ricercatori tedeschi presso l’ Institute of Microstructure Technology (IMT) in ” Materiali ad alte prestazioni per la stampa 3D nelle applicazioni di sintesi chimica “.

In precedenza le resine di stampa 3D non si sono evolute abbastanza per gestire la chimica richiesta nella fabbricazione di microreattori o dispositivi lab-on-a-chip. In questo ultimo studio, i ricercatori studiano nuovi sviluppi nei materiali e nella tecnica, concentrandosi su vetri di silicato trasparenti, ceramiche e polimeri fluorurati.

Qui, viene discussa la miniaturizzazione riguardante il campo della microfluidica e il potenziale per la creazione di dispositivi complessi ma in molti casi microscopici. Storicamente questi tipi di dispositivi sono fabbricati con silicio, ma, come sottolineano i ricercatori, ciò è difficile da fare con la stampa 3D. Con il progredire dell’uso dei polimeri, gli scienziati ritengono promettente anche la microfluidica.

“La produzione additiva, la generazione strato per strato di un componente, mantiene la grande promessa di ridurre il processo di strutturazione di poly-mer in un unico passaggio di fabbricazione usando una sola macchina e richiedendo solo un modello digitale della struttura desiderata”, affermano scienziati.

La fabbricazione di chip e prototipi sta già andando forte, ma ciò che i ricercatori vorrebbero vedere è una connessione più forte tra microfluidica e chimica. Come sottolineato, la stampa 3D è stata anche utilizzata con successo per i lotti chimici nella produzione a basso volume, insieme ai reattori di sintesi a flusso continuo utilizzati per produrre molecole farmaceutiche. Questo è generalmente ottenuto attraverso la stereolitografia (SLA), che è incompatibile con gli scopi dello scienziato in quanto conduce a reazioni chimiche negative. Per questo motivo, i team di ricerca hanno realizzato la necessità di materiali nella stampa SLA che siano unici e altamente resistenti. Inoltre vedono tale “fine tuning” come un’opportunità per controllare ulteriormente la micro e nanostrutturazione del materiale sfuso e creare materiali “significativamente migliorati”

“Recentemente abbiamo mostrato la fabbricazione di un tale sistema di materiali con l’introduzione di Fluoropor , una schiuma di fluoropolimero otticamente trasparente che può essere strutturata usando tecniche di stampa 3D per generare superfici con proprietà di bagnatura migliorate, come modelli idrofobici / superidrofobici”, affermano i ricercatori . “Sono fatti molti sforzi per produrre tali superfici a contatto selettivo anche per i composti organici per facilitare la sintesi nelle goccioline e la fabbricazione di matrici chimiche.”

Creare nuovi materiali di stampa SLA, secondo il team di ricerca, significa mescolare il seguente:

Iniziatori di polimerizzazione
inibitori
Specie monomeriche
Tutti insieme dovrebbero consentire la stampa 3D di microstrutture in alta risoluzione. In questo studio, i ricercatori si concentrano sulla fabbricazione di vetro di silice fusa, che descrivono come “uno dei materiali chimicamente e termicamente stabili, la ceramica e il tipo più inerte di polimeri, fluoropolimeri”.

La fabbricazione di vetri di silicato trasparenti non è stata ottenuta nella stampa 3D per oltre 20 anni, anche se i ricercatori spiegano che ci sono stati molti tentativi che hanno portato a risultati con parti bianche o non trasparenti. Le ceramiche sono state anche esplorate e vengono utilizzate nella stampa 3D in numerosi casi che abbiamo seguito in precedenza, dall’uso nella stampa di parti di ricambio su navi militari alla realizzazione di gioielli su impianti medici . Come una classe di materiali per la stampa 3D, mostrano una resistenza termica e chimica elevata.

“Qui, i polimeri preceramici con proprietà reologiche regolabili potrebbero in futuro diventare un’alternativa interessante per la modellazione diretta di componenti ad alta risoluzione per applicazioni di sintesi chimica”, affermano i ricercatori.

Nella valutazione dei polimeri di norma nella stampa 3D, il team spiega che la maggior parte di essi non ha un’elevata stabilità chimica, ma i fluoropolimeri sono diversi, offrendo un’energia superficiale molto bassa.

“La combinazione di strutture fluororopor superidrofobiche stampate con una superficie idrofila come il vetro consente di fabbricare superfici modellate che hanno acquisito un interesse significativo nella sintesi chimica di sostanze chimiche rare in goccioline o reattori microfluidici a superficie aperta”, affermano i ricercatori. “Poiché i polimerizzati Fluoropor campioni possiedono uno strato superiore nonstructured a causa del processo di polimerizzazione, modelli superhydrophobic possono essere fabbricati semplicemente staccava l’ultimo strato superiore strutturato stampata. Il lavoro futuro si concentrerà sui modelli superoleofobi / superoleofili che consentono piattaforme di screening altamente parallelizzate per la sintesi chimica. “

Gli scienziati affermano che la stampa 3D offre un grande potenziale per la sintesi on-chip e include i soliti benefici della velocità di produzione e una maggiore convenienza. Concludono dicendo:

“La miniaturizzazione aumenta anche significativamente il rendimento sperimentale a causa della riduzione intrinseca del volume, dell’aumento del controllo termodinamico, delle distanze di diffusione più brevi e quindi delle reazioni più rapide. Tuttavia, il più importante è il potenziale di parallelizzazione massiva che sarà fondamentale per l’esplorazione e la valutazione dello spazio di reazione chimica (pressione, temperatura, stechiometria, catalizzatori, ecc.), Screening farmacologico candidato e ottimizzazione delle condizioni di sintesi. Per sfruttare appieno questi vantaggi, la progettazione di materiali di stampa 3D personalizzati sarà fondamentale. “

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