Con una storia pubblicata il 1° aprile (ma abbiamo controllato a fondo che non fosse un pesce d’aprile e quindi ora possiamo confermarlo), i ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Industriale Daniel J. Epstein hanno rivelato un metodo di supporto riutilizzabile a basso costo basato su una piattaforma di stampa 3D dinamica che riduce la necessità di supporti dispendiosi nell’estrusione/deposizione di materiali, migliorando notevolmente l’economicità e la sostenibilità per la stampa 3D.
Il lavoro, guidato da Yong Chen, professore di ingegneria industriale e dottorando Yang Xu, è stato pubblicato sulla rivista Additive Manufacturing.
Mentre la tradizionale stampa 3D per estrusione stampa strato per strato, direttamente su una superficie metallica statica, il nuovo prototipo utilizza invece una superficie programmabile e controllata dinamicamente composta da perni metallici mobili per sostituire i supporti stampati. I perni si sollevano man mano che la stampante costruisce progressivamente il prodotto. Chen ha affermato che i test del nuovo prototipo hanno dimostrato che consente di risparmiare circa il 35% dei materiali utilizzati per stampare gli oggetti.
“Lavoro con medici che stampano in 3D utilizzando biomateriali per costruire tessuti o organi”, ha detto Chen. “Molti dei materiali che utilizzano sono molto costosi: stiamo parlando di piccole bottiglie che costano tra 500 e 1000 dollari ciascuna”.
“Per le stampanti per estrusione standard, il costo dei materiali è di circa 50 dollari al chilogrammo, ma per il bioprinting è più simile a 50 dollari al grammo. Quindi, se riusciamo a risparmiare il 30% sul materiale che sarebbe stato impiegato nella stampa di questi supporti, si tratterebbe di un enorme risparmio sui costi per la stampa 3D per scopi biomedici”, ha affermato Chen.
Oltre all’impatto ambientale e sui costi dello spreco di materiale, anche i tradizionali processi di stampa 3D che utilizzano i supporti richiedono molto tempo, ha affermato Chen.
“Quando si stampa in 3D forme complesse, metà delle volte si costruiscono le parti di cui si ha bisogno, l’altra metà del tempo si costruiscono i supporti. Quindi, con questo sistema, non stiamo costruendo i supporti. Pertanto, in termini di tempo di stampa, abbiamo un risparmio di circa il 40%”.
Chen ha affermato che prototipi simili sviluppati in passato facevano affidamento su singoli motori per sollevare ciascuno dei supporti meccanici, risultando in prodotti ad alta intensità energetica che erano anche molto più costosi da acquistare e quindi non convenienti per le stampanti 3D.
“Quindi, se avessi 100 perni mobili con il costo di ogni motore di circa 10 dollari, il tutto è di 1.000 dollari, oltre a 25 schede di controllo per controllare 100 motori diversi. L’intera operazione costerebbe ben più di 10.000 dolari”.
Il nuovo prototipo del team di ricerca funziona facendo funzionare ciascuno dei suoi singoli supporti da un singolo motore che muove una piattaforma. La piattaforma solleva contemporaneamente gruppi di perni metallici, rendendola una soluzione conveniente. Sulla base del design del prodotto, il software del programma direbbe all’utente dove ha bisogno di aggiungere una serie di tubi metallici alla base della piattaforma. La posizione di questi tubi determinerebbe quindi quali perni si solleverebbero ad altezze definite per supportare al meglio il prodotto stampato in 3D, creando allo stesso tempo la minima quantità di spreco dai supporti stampati. Alla fine del processo, i perni possono essere facilmente rimossi senza danneggiare il prodotto.
Chen ha affermato che il sistema potrebbe anche essere facilmente adattato per la produzione su larga scala, come nell’industria automobilistica, aerospaziale e degli yacht.
“Le persone stanno già costruendo stampanti per estrusione/deposizione di materiali per carrozzerie di auto e navi di grandi dimensioni, nonché per prodotti di consumo come mobili. Come puoi immaginare, i loro tempi di costruzione sono davvero lunghi: stiamo parlando di un’intera giornata”, ha detto Chen. “Quindi, se riesci a risparmiare la metà, il tempo di produzione potrebbe ridursi a mezza giornata. L’utilizzo del nostro approccio potrebbe portare molti vantaggi per questo tipo di stampa 3D”.
Il team di Chen ha recentemente richiesto un brevetto per la nuova tecnologia. La ricerca è stata co-autrice di Ziqi Wang, in precedenza studente in visita all’USC, della School of Computer and Communication Sciences, EPFL Switzerland, e Siyu Gong dell’USC Viterbi.
