Gli scienziati del Beckman Institute for Advanced Science and Technology hanno sviluppato un processo di stampa 3D semplice e a basso consumo energetico che si ispira agli alberi per produrre polimeri in modo rapido ed economico.
I ricercatori del Beckman Institute for Advanced Science and Technology, nell’Illinois, hanno creato la “stampa di crescita”, che imita l’espansione verso l’esterno dei tronchi degli alberi per stampare parti in polimero in modo rapido ed efficiente senza il bisogno degli stampi e delle costose attrezzature solitamente associate alla stampa 3D. Il loro lavoro è apparso sulla rivista Advanced Materials.
“Le apparecchiature di stampa 3D dei polimeri sono maturate, ma ci sono ancora aspetti che la rendono costosa e molto lenta. Il nostro obiettivo era aumentare la velocità di produzione, le dimensioni e la qualità dei materiali mantenendo bassi i costi. Questo processo è davvero veloce ed economico” afferma Sameh Tawfick, professore di scienze meccaniche e ingegneria presso l’Università dell’Illinois Urbana-Champaign e responsabile del progetto.
Un processo che si ispira alla natura
I ricercatori hanno progettato il loro processo imitando il modo in cui un albero si espande costantemente verso l’esterno, anello dopo anello. In natura, elementi come gravità, vento e temperatura completano e complicano la tendenza di un albero a crescere simmetricamente, con il risultato di alberi che si piegano al vento o si allungano verso una macchia di luce solare nella volta della foresta.
Utilizzando il loro metodo, gli scienziati del Beckman Institute for Advanced Science and Technology hanno fabbricato oggetti di uso quotidiano come una pigna, un lampone e una zucca. Sono tutte forme assialsimmetriche, ovvero simmetriche attorno a un asse verticale. Le forme non simmetriche sono più difficili, ma possibili; per esempio, i ricercatori hanno scolpito un kiwi lasciando che il corpo sferico si espandesse sotto la superficie prima di tirarlo su giusto in tempo per creare una testa minuscola e un becco minuscolo.
“È un’applicazione di un processo di reazione-diffusione, che si trova in molti sistemi naturali. La velocità e l’efficienza energetica del processo di stampa di crescita rendono questo processo particolarmente attraente. Per quanto riguarda la modellazione di questo progetto collaborativo, abbiamo sviluppato uno strumento computazionale che prevede il movimento verso l’alto dell’asta necessario per ottenere una forma target dell’oggetto fabbricato” afferma Philippe Geubelle, professore di ingegneria aerospaziale dell’Illinois e coautore del documento.
Le limitazioni di questo metodo sono le stesse che si trovano in natura. Stampare oggetti curvi, come le banane, è teoricamente possibile ma difficile da programmare matematicamente.
Secondo i ricercatori il processo è “semplice e altamente commerciabile” e sperano che un giorno possa essere utilizzato per creare grandi prodotti a base di polimeri come le pale delle turbine eoliche. Il progetto è finanziato tramite il programma di scienze energetiche di base dell’ufficio scientifico del Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti.
