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I ricercatori SUPSI MEMTi propongono un nuovo metodo di stereolitografia top-down per la ceramica

Destinato alla stampa 3D alla rinfusa conveniente di parti in ceramica avanzata verde

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I ricercatori del Dipartimento di tecnologie innovative della SUPSI in Svizzera hanno presentato una nuova soluzione per la stampa 3D di componenti sfusi mediante stereolitografia con fanghi fotosensibili a base di ceramica. Facendo leva su una vasta esperienza nella ricerca di materiali ibridi e ceramici, il team dell’Istituto di ingegneria meccanica e tecnologia dei materiali (MEMTi) composto da Alberto Ortona, Oscar Santoliquido, Francesco Camerota, Alice Rosa, ha progettato, costruito e testato un sistema che intende ridurre i costi per la stampa 3D di componenti ceramici verdi sfusi.

Le attività di ricerca svolte presso l’Istituto, incentrate principalmente sullo sviluppo di prodotti e processi, sono caratterizzate da un uso rilevante delle scienze computazionali. Le attività sperimentali dei laboratori si combinano quindi con quelle di modellazione e simulazione, utilizzando dispositivi per la caratterizzazione dei materiali oltre a software dedicati e strumenti di calcolo ad alte prestazioni per un approccio multiscala e multidisciplinare. L’introduzione di tecnologie di produzione additiva un decennio fa ha consentito all’Istituto di aggiungere un livello di fisicità alla ricerca continua di materiali, parti e processi concentrandosi su segmenti come l’aerospaziale, le applicazioni industriali (gestione del calore, filtrazione avanzata) e l’energia.

Il nuovo sistema di stampa 3D in ceramica è caratterizzato da un vetro trasparente UV e da un film flessibile in silicone sotto tensione, che polimerizza strati di impasti ceramici sfruttando un approccio top-down e integrando anche alcune caratteristiche della stereolitografia bottom-up. Questa architettura garantisce la costruzione precisa di componenti ceramici verdi sfusi.

Il dispositivo può stampare in 3D fanghi ceramici fotosensibili viscosi (cioè viscosità fino a 10 Pa sa 10 s-1 velocità di taglio). Inoltre, l’apparecchiatura consente la produzione di componenti sfusi complessi dove le forze di separazione degli strati sono elevate. Ciò consente di ampliare la gamma di caratteristiche geometriche degli oggetti stampati in 3D stampabili dalla comune stereolitografia. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Open Ceramics.

I ricercatori SUPSI MEMTi propongono un nuovo metodo di stereolitografia top-down per la ceramica

Nella stereolitografia convenzionale “top-down”, l’oggetto cresce strato dopo strato su una piattaforma di costruzione, che si immerge progressivamente nel bagno di resina. Per ricoprire lo strato polimerizzato con resina liquida fresca e solidificarlo per formare un nuovo strato, la piattaforma esegue una traslazione verticale, spostandosi prima verso il basso e poi verso l’alto. Quando la piattaforma è immersa, il liquame fresco scorre per gravità sullo strato precedentemente indurito.

Data una buona bagnatura della resina liquida sul suo strato solidificato, l’uniformità di spessore del nuovo strato è significativamente influenzata dalla viscosità della sospensione. I difetti possono manifestarsi quando il liquame non viene depositato in modo uniforme: un modo per ovviare a questi problemi è introdurre una parte mobile (racla) che distribuisce il liquame, il che, tuttavia, aggiunge complessità al sistema perché le parti in movimento devono essere controllate. Inoltre, il comportamento reologico della sospensione rispetto alla velocità della racla deve essere regolato con precisione.

I sistemi stereolitografici standard ea basso costo non sono in grado di gestire adeguatamente i fanghi ceramici altamente viscosi. Le miscele ceramiche possono essere lavorate se vengono implementate racle, tergicristalli o sistemi simili. Sono disponibili pochi dispositivi industriali altamente sofisticati per gestire tali paste viscose. Poiché questo tipo di liquame presenta un comportamento di assottigliamento al taglio, l’azione meccanica svolta da tali dispositivi introduce sollecitazioni di taglio che aiutano anche a diradare il liquame. Nell’approccio SUPSI, lo strato fresco uniforme è ottenuto senza l’introduzione di ulteriori movimenti in macchina, tramite l’utilizzo del film di silicone flessibile. Il nuovo apparato progettato in questo lavoro è stato integrato in una stampante 3D “top-down” commerciale esistente (GiziMate 130 basic, Gizmo 3D Printers) precedentemente utilizzato per stampare i campioni.

Sebbene non sia in diretta concorrenza con i sistemi di stereolitografia della ceramica di livello industriale, la nuova configurazione proposta dai ricercatori SUPSI-MEMTi è intesa come una soluzione intermedia per stampare con successo componenti ceramici sfusi in 3D come, ad esempio, anime ceramiche per microfusione.

 

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Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version.

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