Sviluppato un gel metallico altamente conduttivo per la stampa 3D

I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un gel metallico altamente conduttivo elettricamente che può essere utilizzato per stampare in 3D oggetti solidi a temperatura ambiente. Il documento, “Metallic Gels for Conductive 3D and 4D Printing”, è stato pubblicato sulla rivista Matter.

“La stampa 3D ha rivoluzionato la produzione, ma non siamo a conoscenza di tecnologie precedenti che consentissero di stampare oggetti metallici 3D a temperatura ambiente in un unico passaggio”, hanno affermato Michael Dickey, co-autore corrispondente del documento, e Camille & Henry Dreyfus Professore di Ingegneria Chimica e Biomolecolare presso la North Carolina State University. “Questo apre le porte alla produzione di un’ampia gamma di componenti e dispositivi elettronici”.

Per creare il gel metallico, i ricercatori iniziano con una soluzione di particelle di rame su scala micron sospese in acqua. I ricercatori aggiungono quindi una piccola quantità di una lega indio-gallio che è metallo liquido a temperatura ambiente. La miscela risultante viene quindi mescolata insieme. Mentre la miscela viene agitata, le particelle di metallo liquido e di rame si attaccano essenzialmente l’una all’altra, formando una “rete” di gel metallico all’interno della soluzione acquosa.

“Questa consistenza gelatinosa è importante, perché significa che hai una distribuzione abbastanza uniforme delle particelle di rame in tutto il materiale”, ha detto Dickey. “Questo fa due cose. In primo luogo, significa che la rete di particelle si collega per formare percorsi elettrici. E in secondo luogo, significa che le particelle di rame non si depositano fuori dalla soluzione e non intasano la stampante.

Il gel risultante può essere stampato utilizzando un ugello di stampa 3D convenzionale e mantiene la sua forma una volta stampato. E, quando viene lasciato asciugare a temperatura ambiente, l’oggetto 3D risultante diventa ancora più solido pur mantenendo la sua forma.

Tuttavia, secondo la North Carolina State University, se gli utenti decidono di applicare calore all’oggetto stampato mentre si sta asciugando, possono accadere alcune cose interessanti. I ricercatori hanno scoperto che l’allineamento delle particelle influenza il modo in cui il materiale si asciuga.

Ad esempio, se stampassi un oggetto cilindrico, i lati si contrarrebbero più della parte superiore e inferiore man mano che si asciuga. Se qualcosa si asciuga a temperatura ambiente, il processo è sufficientemente lento da non creare cambiamenti strutturali nell’oggetto. Tuttavia, se si applica il calore, ad esempio sotto una lampada riscaldante a 80° Celsius, la rapida asciugatura può causare deformazioni strutturali. Poiché questa deformazione è prevedibile, significa che è possibile far cambiare forma a un oggetto stampato dopo che è stato stampato controllando il motivo dell’oggetto stampato e la quantità di calore a cui è esposto l’oggetto durante l’asciugatura.

“In definitiva, questa sorta di stampa quadridimensionale – le tradizionali tre dimensioni, più il tempo – è uno strumento in più che può essere utilizzato per creare strutture con le dimensioni desiderate. Ma ciò che troviamo più eccitante di questo materiale è la sua conduttività. Poiché gli oggetti stampati finiscono per essere fino al 97,5% di metallo, sono altamente conduttivi. Ovviamente non è conduttivo come il filo di rame convenzionale, ma è impossibile stampare il filo di rame in 3D a temperatura ambiente. E quello che abbiamo sviluppato è molto più conduttivo di qualsiasi altra cosa che possa essere stampata. Siamo piuttosto entusiasti delle applicazioni qui”, ha affermato Dickey. “Siamo aperti a lavorare con partner del settore per esplorare potenziali applicazioni e siamo sempre felici di parlare con potenziali collaboratori delle direzioni future per la ricerca”.