Laser e resine: la nuova frontiera della stampa 3D

È ormai risaputo che la stampa 3D consente la creazione di strutture complesse impossibili da riprodurre attraverso la produzione tradizionale ma, nonostante le ultime tecnologie messe in campo, alcune volte l’approccio “strato su strato” può essere lento e mettere comunque dei paletti alla costruzione di determinate forme. Per aggirare l’ostacolo è stata recentemente messa a punto una nuova tecnica in grado di fabbricare forme 3D complete in pochi secondi usando campi luminosi olografici.

Laser e resina: la nuova frontiera della stampa 3D. Questa nuova procedura – sviluppata dai ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory in California – utilizza resine speciali che si solidificano se esposte alla luce. Gli studiosi, utilizzando tre raggi laser all’interno di un serbatoio pieno di resina, sono stati in grado di fabbricare strutture 3D contemporaneamente e in soli 10 secondi.
“La maggior parte degli approcci di stampa 3D costruisce strutture strato per strato depositando singoli punti di materiale, filamenti o interi strati contemporaneamente. Ciò significa che le strutture 3D create sono in realtà pile di livelli 2D”, afferma Maxim Shusteff, ingegnere del LLNL che ha guidato la ricerca.

Come funziona. In un articolo di Science Advances, i ricercatori descrivono come funziona il sistema suddividendo un’immagine olografica 3D in tre parti distinte. Queste vengono poi proiettate nel serbatoio di resina da fasci laser separati che entrano attraverso la sua parte anteriore, base e laterale, creando un campo di luce 3D in cui si sovrappongono.
La resina utilizzata dai ricercatori è un fotopolimero che reagisce alla luce solidificando una volta che una certa soglia di energia è stata superata, quindi dopo pochi secondi di esposizione al campo di luce sono stati in grado di drenare il serbatoio di resina liquida, lasciando la struttura 3D dietro.

Il gruppo di ricerca ha usato la tecnica per costruire una serie di forme in scala millimetrica come cubi, piramidi e reticoli, ma Shusteff afferma che con l’ottimizzazione, l’approccio dovrebbe essere in grado di raggiungere risoluzioni di pochi micrometri.

“Questo è un approccio intrigante per far avanzare la velocità della fabbricazione 3D con i fotopolimeri”, ha detto Joseph DeSimone, professore di chimica presso la University of North Carolina e co-fondatore della società di stampa 3D Carbon. “Avranno bisogno di avere miglioramenti hardware abbinati a software e resine per combinare questo, ma è sicuramente un passo in avanti notevole rispetto a quanto disponibile oggi per l’Additive Manufacturing”.

Il futuro della stampa 3D parte da qui. Sicuramente c’è ancora molto lavoro da fare. Innanzitutto, le proprietà dei materiali dei fotopolimeri sono ancora limitate, sebbene la produzione additiva stia stimolando grandi quantità di ricerche volte a risolvere questo problema e il campo sta crescendo rapidamente.

I ricercatori sono inoltre convinti di poter mettere a punto modi più efficaci per creare campi luminosi 3D rispetto all’olografia. Ma l’olografia richiede l’uso di complicati dispositivi ottici che aumentano i costi, e laser che sono inclini a “laser speckle”, dove la luce laser interferisce con se stessa, aggiungendo rumore spaziale al raggio e causando rugosità.
Il gruppo sta già sperimentando una vasca di resina che gira sul suo asse come una sorgente di luce a LED varia il modello di luce che proietta. Questo modo di procedere, come dichiara Shusteff stesso, dà una flessibilità geometrica ancora maggiore mentre risulta solo marginalmente più lento, impiegando minuti anziché secondi per la creazione di ciascuna struttura.