Scopri come l’EPFL rivoluziona la stampa 3D: un idrogel trasformabile in metalli e ceramiche resistenti apre nuove frontiere nella manifattura additiva
Nuova tecnica 3D trasforma gel in metalli ad altissima densità.
La stampa 3D ha trasformato il modo in cui progettiamo e produciamo oggetti, ma alcune tecniche restano limitate nei materiali che possono utilizzare. Un esempio è la fotopolimerizzazione a vasca, dove una resina fotosensibile viene indurita con luce UV o laser per creare forme complesse. Questo metodo, però, funziona quasi esclusivamente con polimeri sensibili alla luce, riducendone le applicazioni pratiche.
Negli ultimi anni, alcuni ricercatori hanno cercato di convertire i polimeri stampati in metalli o ceramiche più resistenti. Tuttavia, come spiega il dottor Daryl Yee (1), direttore del Laboratorio di Chimica dei Materiali e della Produzione presso l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), questi materiali presentano gravi difetti strutturali: «Tendono ad essere porosi, il che ne riduce la resistenza, e subiscono forti ritiri dimensionali che causano deformazioni».
Una nuova strategia: l’idrogel come impalcatura
Per superare questi limiti, il team di Yee ha sviluppato un approccio innovativo, descritto in un recente studio pubblicato su
Ripetendo il processo di infusione più volte, si ottengono compositi con concentrazioni metalliche molto elevate. Infine, un trattamento termico elimina l’idrogel, lasciando un oggetto metallico o ceramico denso e resistente, perfettamente fedele alla forma originale.
Un idrogel, tanti materiali
Poiché l’infusione dei sali metallici avviene dopo la stampa, lo stesso idrogel può essere trasformato in diversi metalli o ceramiche. «Il nostro lavoro non solo rende accessibile la produzione di materiali di alta qualità con una tecnica economica, ma introduce anche un nuovo paradigma nella manifattura additiva: la scelta del materiale avviene dopo la stampa, non prima», sottolinea Yee.
Geometrie complesse e resistenza estrema
Nel loro studio, il team ha realizzato strutture matematiche intricate chiamate giroidi, utilizzando ferro, argento e rame. Per testarne la resistenza, hanno applicato pressioni crescenti con una macchina universale di prova. I risultati? I materiali hanno resistito a pressioni 20 volte superiori rispetto ai metodi precedenti, con una contrazione ridotta al 20% (contro il 60–90% tradizionale).
Applicazioni future: energia, biomedicina e raffreddamento
Questa tecnica apre nuove possibilità per dispositivi che devono essere contemporaneamente leggeri, robusti e complessi, come sensori, strumenti biomedici o sistemi per la conversione e l’immagazzinamento dell’energia. I metalli ad alta superficie, ad esempio, potrebbero migliorare l’efficienza dei catalizzatori o offrire proprietà di raffreddamento avanzate.
Verso l’industria: automazione e velocità
Il team EPFL sta già lavorando per rendere il processo più rapido e adatto all’industria, automatizzando le fasi di infusione con robot. «Stiamo riducendo i tempi di lavorazione totali proprio grazie all’automazione», conclude Yee.
Riferimenti:
(1) Daryl Yee
Descrizione foto: Large iron gyroid (1.3 x 1.0 cm). - Credit: ALCHEMY EPFL CC BY SA.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: New 3D printing method 'grows' ultra-strong materials