I ricercatori del MIT e della Delft University of Technology hanno introdotto una tecnica più efficiente, sostenibile e precisa che sfrutta materiali sensibili al calore per stampare in 3D oggetti con più colori, tonalità e texture in un unico passaggio.
La stampa 3D multimateriale consente ai produttori di realizzare dispositivi personalizzati con più colori e diverse texture. Ma il processo può richiedere molto tempo ed essere dispendioso perché le stampanti 3D esistenti devono passare da un ugello all’altro, spesso scartando un materiale prima di poter iniziare a depositarne un altro.
Ora i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology e della Delft University of Technology, in Olanda, hanno introdotto una nuova tecnica più efficiente, meno dispendiosa e di maggiore precisione che sfrutta materiali sensibili al calore per stampare oggetti con più colori, tonalità e texture in un unico passaggio.
La stiratura a velocità modulata
Rendere la stampa 3D più accessibile è un obiettivo della ricerca attuale. Il metodo, chiamato stiratura a velocità modulata, impiega una stampante 3D a doppio ugello. Il primo ugello deposita un filamento sensibile al calore e il secondo ugello passa sopra il materiale stampato per attivare determinate risposte, come cambiamenti di opacità o grossolanità, utilizzando il calore.
Controllando la velocità del secondo ugello, i ricercatori possono riscaldare il materiale a temperature specifiche, regolando finemente il colore, la tonalità e la ruvidità dei filamenti sensibili al calore. È importante notare che questo metodo non richiede alcuna modifica hardware.
I ricercatori del MIT hanno sviluppato un modello che prevede la quantità di calore che l’ugello di “stiratura” trasferirà al materiale in base alla sua velocità. Hanno utilizzato questo modello come base per un’interfaccia utente che genera automaticamente istruzioni di stampa che raggiungono specifiche di colore, tonalità e texture.
“Oggi, abbiamo stampanti desktop che utilizzano una combinazione intelligente di alcuni inchiostri per generare una gamma di tonalità e texture. Vogliamo essere in grado di fare la stessa cosa con una stampante 3D: utilizzare un set limitato di materiali per creare un set di caratteristiche molto più diversificato per gli oggetti stampati in 3D“, afferma Mustafa Doğa Doğan PhD ’24, coautore di un articolo sulla stiratura a velocità modulata.
Il team del MIT ha collaborato con i ricercatori della TU Delft per sviluppare il modello teorico che prevede la velocità con cui il secondo ugello deve muoversi per riscaldare il materiale a una temperatura specifica.
Il modello correla la temperatura di uscita di un materiale con le sue proprietà sensibili al calore per determinare l’esatta velocità dell’ugello che otterrà determinati colori, tonalità o texture nell’oggetto stampato.
Produzione più rapida e precisa
I ricercatori hanno testato il loro approccio con tre filamenti sensibili al calore. Il primo, un polimero schiumogeno con particelle che si espandono quando vengono riscaldate, produce diverse tonalità, traslucenza e texture. Hanno anche sperimentato un filamento riempito con fibre di legno e uno con fibre di sughero, entrambi carbonizzati per produrre tonalità sempre più scure.
La stampa 3D è un ambito di ricerca in pieno sviluppo. I ricercatori hanno dimostrato come il loro metodo potrebbe produrre oggetti come bottiglie d’acqua parzialmente traslucide e hanno usato il polimero schiumogeno per fabbricare un manubrio per bici con ruvidità variabile per migliorare la presa del ciclista.
Cercare di produrre oggetti simili utilizzando la tradizionale stampa 3D multimateriale richiede molto più tempo, a volte aggiungendo ore al processo di stampa, e consuma più energia e materiale. Inoltre la stiratura a velocità modulata potrebbe produrre sfumature e texture a grana fine che altri metodi non potrebbero ottenere.
In futuro i ricercatori vogliono sperimentare altri materiali termicamente sensibili, come la plastica. Sperano anche di verificare l’uso della stiratura a velocità modulata per modificare le proprietà meccaniche e acustiche di determinati materiali.
Foto: Courtesy dei ricercatori del MIT
