Replicator la stampante 3d che trasforma i liquidi in oggetti col processo Computed Axial Lithography (CAL)

Gli scienziati costruiscono una stampante 3D “Replicator” che usa la luce per trasformare i liquidi in oggetti in pochi minuti

I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e della University of California, Berkeley hanno svelato una stampante 3D che crea un intero oggetto in una volta, invece di costruirlo strato per strato come fanno i tipici dispositivi di produzione additiva.

Soprannominato il “replicatore” dagli inventori – dopo il dispositivo Star Trek che può creare qualsiasi oggetto su richiesta – la stampante 3D utilizza la luce per trasformare i liquidi appiccicosi in oggetti solidi complessi in solo pochi minuti. Inoltre, è in grado di creare oggetti complessi che sono più fluidi, più flessibili e più complessi di una stampante 3D tradizionale. Lo fa combinando un proiettore standard e una fiala rotante riempita con un liquido che indurisce quando esposto alla luce.

“Fondamentalmente, hai un videoproiettore pronto all’uso, che ho letteralmente portato da casa, e poi lo colleghi a un laptop e lo utilizzi per proiettare una serie di immagini calcolate, mentre un motore gira un cilindro che ha una resina per la stampa 3D “, ha detto Hayden Taylor, assistente professore di ingegneria meccanica presso la UC Berkeley e autore senior di un articolo che descrive la stampante, che appare online ieri (31 gennaio) sulla rivista Science .

La nuova stampante 3D è stata ispirata dalla Tomografia computerizzata della medicina, in cui i raggi X vengono proiettati nel corpo da tutti gli angoli diversi per rivelare la geometria delle ossa o dei tessuti. I ricercatori hanno invertito questo principio: invece di misurare un oggetto, ne hanno creato uno.

Denominato Axial Lithography Computed (CAL), il processo inizia con un modello CAD (Computer-Aided Design). I ricercatori usano i fotoni proiettati per illuminare la resina simile allo sciroppo, creando un video di proiezioni in continuo movimento mentre la fiala ruota. La proiezione viene calcolata ad ogni angolo, i ricercatori eseguono un algoritmo di ottimizzazione e il risultato è una serie di immagini che appare come una proiezione video rotante che può essere riprodotta ad una velocità adeguata alla rotazione della fiala di resina. Come una scansione CT eseguita al contrario, le proiezioni si combinano per formare un oggetto 3D sospeso nella resina. Dopo alcuni minuti, viene visualizzata la struttura 3D, i ricercatori interrompono l’esposizione e drenano il liquido non polimerizzato, lasciando solo il prodotto finito. Utilizzando un proiettore invece di raggi laser multipli, i ricercatori hanno dimostrato che potevano brillare 1,

I ricercatori hanno formulato un liquido denso e sciropposo che si indurisce in un solido quando esposto a una certa soglia di luce. (Foto di UC Berkeley di Stephen McNally)

La resina per stampa 3D è composta da polimeri liquidi miscelati con molecole fotosensibili e ossigeno disciolto. La luce attiva il composto fotosensibile che esaurisce l’ossigeno. Solo in quelle regioni 3D in cui tutto l’ossigeno è stato esaurito i polimeri formano i “legami incrociati” che trasformano la resina da liquido a solido. La resina non utilizzata può essere riciclata riscaldandola in un’atmosfera di ossigeno, ha detto Taylor.

Finora, il team ha creato una serie di oggetti diversi utilizzando la nuova stampante, da un minuscolo modello della statua di “The Thinker” di Rodin a un modello di jawbone personalizzato. Attualmente, possono realizzare oggetti con diametro fino a quattro pollici.

“Questo è il primo caso in cui non abbiamo bisogno di costruire parti 3D personalizzate strato per strato”, ha detto Brett Kelly, co-autore sul lavoro che ha completato il lavoro mentre uno studente laureato lavora insieme a UC Berkeley e Lawrence Livermore Laboratorio Nazionale. “Rende la stampa 3D veramente tridimensionale.” La tecnologia ha il potenziale per trasformare il modo in cui i prodotti dalle protesi alle lenti per occhiali sono progettati e realizzati, dicono i ricercatori.

È importante sottolineare che può anche racchiudere un oggetto già esistente con nuovi materiali. Ad esempio, i ricercatori hanno inserito un cacciavite all’interno della resina, quindi hanno utilizzato la stampante 3D per fabbricare una maniglia.

I ricercatori di UC Berkeley hanno utilizzato una nuova tecnica di stampa 3D a base di luce per aggiungere una maniglia sull’asta di un cacciavite. (Foto di UC Berkeley di Stephen McNally)

“Penso che questo sia un modo per essere in grado di personalizzare in massa gli oggetti ancora di più, che siano protesi o scarpe da corsa”, ha detto Taylor. “Il fatto che tu possa prendere un componente metallico o qualcosa da un altro processo di produzione e aggiungere geometria personalizzabile, penso che possa cambiare il modo in cui i prodotti sono progettati”.

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