Test per l’idoneità dei materiali di stampa 3D per la creazione di apparecchiature da laboratorio

Molti scienziati stanno scoprendo che la stampa 3D è un modo efficace ed economico per realizzare alcuni tipi di apparecchiature da laboratorio , come i reattori , i microscopi e altro ancora. Ma quando le sostanze chimiche sono coinvolte, bisogna fare attenzione a garantire che gli additivi ei coloranti nei filamenti della stampante 3D siano compatibili con tali sostanze chimiche. Questa potenziale incompatibilità ha limitato l’uso diffuso della stampa 3D per le attrezzature di laboratorio. Un nuovo studio ha testato la compatibilità di 10 plastiche FFF ampiamente disponibili con solventi, acidi, basi e soluzioni utilizzate nella lavorazione a umido di materiali semiconduttori.

Lo studio, intitolato “Compatibilità chimica dei componenti stampati 3D basati sulla fabbricazione di filamenti fusi con soluzioni comunemente utilizzate nell’elaborazione a umido di semiconduttori”, è accessibile qui . I risparmi accumulati dalle apparecchiature di laboratorio di stampa 3D sono significativi – i ricercatori osservano che la stampa 3D può ridurre i costi del 90-99% rispetto alle apparecchiature prodotte in modo convenzionale. La maggior parte della stampa 3D finora, tuttavia, è stata limitata alle apparecchiature senza rigidi standard di compatibilità chimica o all’uso di materiali noti per reagenti.

“Poiché l’esatta formulazione chimica dei filamenti di stampa 3-D commerciali a basso costo (nonché di additivi come plastificanti e coloranti) è proprietaria e quindi la compatibilità chimica delle parti stampate non è nota, non è stato utilizzato in modo significativo la stampa 3D in ambienti di laboratorio più difficili, come quelli delle camere bianche utilizzate per la lavorazione dei semiconduttori “, affermano i ricercatori.
Anche le apparecchiature di base nelle camere bianche sono costose, quindi c’è un’enorme opportunità di risparmiare denaro grazie alla stampa 3D. Inoltre, viene speso molto tempo nelle camere bianche per superare i limiti delle apparecchiature, poiché l’apparecchiatura è progettata per servire un’ampia gamma di scopi di ricerca anziché l’ottimale per ogni processo. Le apparecchiature di stampa 3D per scopi individuali potrebbero non solo ridurre i costi, ma anche migliorare l’output degli esperimenti.

Nello studio, 10 diversi comuni polimeri di stampa 3D sono stati immersi in una gamma di prodotti chimici comuni per camera bianca per una settimana. Dopo l’asciugatura sia superficiale che sotto vuoto, sono stati osservati cambiamenti di massa e di dimensione. Questi risultati sono stati quindi confrontati con le informazioni sulla compatibilità chimica disponibili in letteratura per la plastica pura correlata al componente principale del filamento. Le materie plastiche testate erano:

PLA
ABS
PETG
Eastman Amphora AM3300-based nGen
Amphora 1800-based Inova-1800
PP
ASA
taulman3D Alloy 910
PET
PC
Sono stati testati pezzi di polimero vergine, così come oggetti stampati in 3D rettangolari. I risultati hanno mostrato che i polimeri vergini erano complessivamente meno resistenti alle soluzioni rispetto ai campioni stampati in 3D.

“I risultati per i materiali per i quali sono state riportate le compatibilità in letteratura erano per lo più in linea con la compatibilità riportata”, affermano i ricercatori. “Pertanto, gli additivi e gli antiossidanti utilizzati nei filamenti di stampa 3-D non compromettono significativamente le loro proprietà chimiche rispetto ai polimeri vergini. Tutti gli studi di casi hanno avuto successo senza mostrare alcuna perdita di stabilità dimensionale dagli ambienti chimici relativamente estremi. ”

Il PP stampato in 3D è stato il materiale più promettente per vari ambienti chimici, secondo i ricercatori, ma i materiali più comuni (per ora la stampa 3D) come ABS e Alloy 910 hanno mostrato resistenza a un’ampia gamma di sostanze chimiche. Il modo migliore per evitare contaminanti sconosciuti, aggiungono, è quello di utilizzare un filamento non colorato.

I risultati sono promettenti, ma i ricercatori osservano che sono necessari ulteriori studi per accertare appieno se il laboratorio stampato in 3D sia adatto per lavori come l’elaborazione di semiconduttori. Tuttavia, esiste un grande potenziale nell’uso della stampa 3D per il laboratorio in generale. Può ridurre il rischio di danneggiare i campioni garantendo che gli strumenti siano fatti su misura per ogni specifica dimensione del campione. Riducono inoltre la necessità di utilizzare quantità eccessive di sostanze chimiche, a loro volta riducendo i costi di elaborazione e il rischio di lesioni.

Gli autori del documento includono Ismo TS Heikkinen, Christoffer Kauppinen, Zhengjun Liu, Sanja M. Asikainen, Steven Spoljaric, Jukka V. Seppälä, Hele Savin e Joshua M. Pearce.

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