#Startup3D: Cu29 di Kupros, un filamento di rame conduttivo che si riteneva “impossibile da stampare”

Quando Ian Ramsdell, fondatore di Kupros, ha iniziato a interpellare gli specialisti di elettronica sulla possibilità di stampare in 3D rame solido, si è scontrato con un forte scetticismo. Un esperto, secondo il ricordo di Ramsdell, sosteneva che non si potesse fare e non si sarebbe mai potuto fare: “Il rame non si può stampare in 3D, non si stamperà mai in 3D“. Ciò che quell’esperto non sapeva era che Ramsdell stava già lavorando a partire da un esperimento di laboratorio confermato.

Quella distanza tra “impossibile” e “già dimostrato in laboratorio” è la storia che sta alla base di Kupros e del suo prodotto di punta, il Cu29: un filamento conduttivo interamente metallico, progettato per la stampa su macchine standard a deposizione di filamento fuso (FDM). Cu29 non è rame solido, ma un filamento conduttivo interamente metallico che utilizza il rame come componente della formulazione. L’ambizione va oltre i circuiti stampati, spingendosi verso sensori integrati, instradamento del segnale incorporato e antenne conformi, oltre a percorsi conduttivi che seguono la geometria di un pezzo anziché trovarsi su una scheda piatta. 

Nei settori aerospaziale e della difesa, dove Kupros individua la domanda iniziale più forte, la proposta è concreta: meno cablaggi e connettori, sensori per il monitoraggio dell’integrità strutturale integrati direttamente nei componenti portanti e iterazioni più rapide, grazie all’evoluzione parallela della progettazione elettrica e meccanica. “Il fatto che a qualcuno sia stato detto che una cosa è impossibile non significa che non si possa fare“, afferma Ramsdell.

NASA, Northrop e Boeing hanno preordinato Cu29 prima che esistesse

Il mercato si è impegnato prima ancora che il materiale fosse pronto. Selezionato come finalista dell’Army xTech alla conferenza DMC del 2022 a Tampa, Ramsdell è ripartito con ordini prepagati da NASA, Northrop e Boeing. Sono seguite altre prevendite, da parte di KBR, US Army DEVCOM e diverse università. “Erano disposti a pagarmi in anticipo per avere accesso prioritario al materiale non appena fosse uscito dalla produzione“, racconta.

Le origini in un laboratorio della Marina

La tecnologia alla base del progetto è stata sviluppata da Harrison Holmes, scienziato e ingegnere della Marina degli Stati Uniti, che all’epoca stava lavorando su sistemi elettronici additivi sviluppati da Optomec, Nano Dimension e nScript. Quelle macchine dal valore di sette cifre si basavano sulla chimica a getto d’inchiostro d’argento, con limiti concreti: “A causa della porosità delle tracce, sono talvolta limitate all’uso a basso voltaggio e basso amperaggio“, spiega Ramsdell. La proposta di Holmes per una soluzione migliore fu premiata come miglior paper del 2017 nell’ambito dell’Office of Naval Research Design Innovation Award, per poi restare inutilizzata fino a quando Ramsdell non ne acquisì la licenza nel 2021, attraverso uno startup studio del Dipartimento della Difesa statunitense. “Un grandissimo produttore di elettronica ci ha raccontato che cercava di realizzare un materiale simile a questo fin dagli anni ’90, senza mai riuscirci.“

Perché il rame è difficile da stampare in 3D

“Il rame è altamente riflettente, trasferisce il calore in modo molto efficiente e si ossida al minimo sbalzo di temperatura“, spiega Ramsdell. Risolvere questo problema, sostiene, ha aperto una porta ben oltre le semplici tracce conduttive: il team può ora addizionare il materiale per la schermatura dalle radiazioni e per strutture anti-manomissione, “così che non si possano radiografare i componenti per fare reverse engineering“.

Progettato per l’hardware che già possiedi

L’elettronica additiva ha storicamente richiesto macchine dal valore di sei o sette cifre. Cu29 è invece concepito per essere utilizzato su apparecchiature già presenti sul banco di lavoro: Ramsdell lo ha stampato su stampanti desktop da meno di 300 dollari e su una Bambu Lab A1 Mini, e sta qualificando la Prusa XL come piattaforma raccomandata. Non richiede modifiche alla stampante, se non un hotend in acciaio, e un conduttore stampato è funzionante direttamente all’uscita dal piano di stampa, senza sinterizzazione, placcatura, polimerizzazione o pulizia chimica. Cu29 non è pensato per costruire pezzi metallici massicci; l’obiettivo è l’elettronica integrata, stampata insieme alla plastica strutturale su una macchina a doppio estrusore o IDEX. “Anziché posizionare i componenti tradizionali direttamente sul PCB, li collochi esattamente nel punto in cui servono.“

I dati sulle prestazioni

Nei primi test ad alto voltaggio, l’azienda ha fatto passare 12.500 volt attraverso il materiale senza distruggerlo. Un banco di supercondensatori ha successivamente spinto una corrente stimata di oltre 600 ampere attraverso un breve campione, sempre senza cedimenti. Rispetto ad altri filamenti conduttivi FDM/FFF, che sono in genere a base di polimeri, Ramsdell sostiene che il Cu29 sia più conduttivo del 48.000%. Kupros si è inoltre aggiudicata il TCT Materials Award al RAPID di quest’anno.

Una variante di livello spaziale in sviluppo

Kupros sta sviluppando Cu29 Space, pensato per contrastare i tin whiskers, minuscoli filamenti metallici che possono creare ponti tra tracce adiacenti e mandare in cortocircuito un circuito, un rischio particolarmente insidioso per l’hardware spaziale non riparabile. La variante Space è formulata per eliminare la formazione di whiskers, stampando tracce da 0,2 mm a 1,2 mm su tipico hardware FDM.

Cosa rappresenta Cu29 per l’elettronica additiva

“Kupros significa rame in greco“, osserva Ramsdell, e “i greci furono la prima civiltà umana a entrare nell’età del rame“: un nome quanto mai appropriato per un fondatore a cui era stato ripetuto che la sua idea di fondo era impossibile.

Per saperne di più su Kupros, visitate il sito QUI.

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