Virginia Tech e la stampa 3d Kapton

L’anno scorso, un gruppo di ricercatori della Virginia Tech ha sviluppato un metodo per la stampa 3D Kapton , una poliimmide simile alla pellicola che possiede un’eccellente stabilità termica e chimica e pertanto è comunemente usato nell’isolamento per applicazioni aerospaziali. Agisce anche come isolante elettrico ed è resistente alle radiazioni ultraviolette. Non si dissolve in solventi e ha una temperatura di degradazione di circa 550 ° C.

“(Kapton) può resistere a tutti i tipi di insulti ambientali aggressivi: radiazioni, alte temperature, reagenti chimici”, ha affermato Timothy Long, professore di chimica e direttore del Macromolecules Innovation Institute  (MII) della Virginia Tech  . “È una di queste molecole che è il massimo in termini di prestazioni.”
Prima dello studio dell’anno scorso, Kapton era disponibile solo in sottili fogli bidimensionali, come il nastro o la “lamina d’oro” che avvolge i satelliti per isolarli, ma i ricercatori hanno poi capito come stampare il materiale in 3D usando lo SLA. Ora hanno sviluppato un secondo metodo per la stampa 3D Kapton: scrittura diretta dell’inchiostro o DIW. Hanno dettagliato le loro ricerche in un recente articolo dal titolo ” Scrivere inchiostri diretti ultravioletti per produrre poliammidi all-aromatici additivamente. “

“Se pensi di calafataggio di una vasca da bagno o di decorare una torta con la glassa, (DIW è) un processo molto simile”, ha detto Daniel Rau, uno dei co-autori e un dottorato di ricerca. studente nel laboratorio di progettazione, ricerca e formazione per additivi (DREAMS)  nel dipartimento di ingegneria meccanica. “Perché è così semplice, (DIW) ci dà un’incredibile flessibilità sull’inchiostro, la sintesi e le proprietà che ha.”
Dopo la stampa 3D del materiale usando la scrittura diretta dell’inchiostro, le parti stampate avevano proprietà simili a quelle del film Kapton disponibile in commercio. Avevano proprietà meccaniche simili fino a 400 ° C e la loro temperatura di degradazione era di 534 ° C. Secondo Rau, mentre lo SLA è migliore per la stampa 3D di interi oggetti, la scrittura diretta dell’inchiostro è migliore per la stampa 3D di materiali diversi affiancati.

“Tutti i diversi processi di produzione additiva sono come diversi strumenti nel laboratorio”, ha detto Rau. “Hai martelli e questo ha i suoi punti di forza. Hai seghe e questo ha i suoi punti di forza. ”
Oltre alla stampa 3D multi-materiale, i ricercatori possono anche stampare Kapton direttamente su un materiale esistente utilizzando la scrittura a inchiostro diretta, ha affermato Christopher Williams, direttore del DREAMS Lab e direttore associato di MII. Possono anche stampare il materiale su superfici curve.

“Non appena siamo riusciti a stampare Kapton, la gente ci ha chiesto informazioni sulle applicazioni”, ha affermato Williams. “La risposta che abbiamo spesso dato è stata l’elettronica stampata, ma è difficile da fare nella stereolitografia. Questa nuova tecnica potrebbe davvero consentire ciò mentre guardiamo alla stampa simultanea di materiali conduttivi e questo eccellente isolante. ”
Nello studio dello scorso anno sulla stampa 3D SLA, Jana Herzberger, una studentessa post-dottorato nel Long Group, ha creato un polimero precursore per Kapton in forma liquida. Il liquido non funzionerebbe per la scrittura diretta dell’inchiostro perché non avrebbe mantenuto la sua forma dopo l’estrusione. Invece, Herzberger ha creato una resina con una consistenza simile al burro di arachidi.

“Quando il Dr. Williams ci ha sfidato a modificare la resina per il processo di scrittura diretta dell’inchiostro, tutti abbiamo pensato che sarebbe stato piuttosto semplice”, ha affermato Herzberger. “Si è scoperto che la via” facile “non ha funzionato e abbiamo dovuto apportare alcune modifiche alla resina originale. Spesso, ho sintetizzato una resina e ne ho studiato le proprietà reologiche [la reologia è lo studio di come una materia scorre o si muove in presenza di deformazioni], e Danny ha testato se eseguito nella stampante come avevamo previsto. È stata una nuova esperienza per me lavorare con gli ingegneri, e penso che abbiamo imparato tanto gli uni dagli altri e migliorato un po ‘le nostre capacità di comunicazione “.

Herzberger e Rau hanno entrambi lavorato per trovare il giusto equilibrio di un inchiostro che potesse sintetizzare e che potesse stampare.

“Entrambi abbiamo dovuto incontrarci nel mezzo e fare concessioni e comunicare”, ha detto Rau. “Questa è stata una grande partnership – un processo iterativo – per rendere questo inchiostro stampabile. Nessuno di noi ha avuto la consapevolezza di passare dalla creazione materiale alla parte finale. ”
I gruppi di Long e Williams hanno lavorato a stretto contatto per creare il nuovo metodo.

“Il mio gruppo crea macromolecole e il gruppo di Chris li mette in forme geometriche uniche”, ha affermato Long. “È quasi come un gruppo che lavora insieme per risolvere domande davvero complesse come questa”.

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