Growth Printing, un metodo di produzione senza stampante 3D veloce e conveniente?

Presso il Beckman Institute for Advanced Science and Technology, un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo processo di stampa 3D che ha chiamato “Growth Printing”. Si sono ispirati in gran parte alla natura, e più precisamente al modo in cui crescono gli alberi. Questo approccio, noto come biomimetica, non è nuovo alla produzione additiva: molti progetti hanno preso ispirazione dalla natura o dal comportamento degli animali per trarre conclusioni e proporre innovazioni. In questo caso, il processo consentirebbe di produrre parti in polimero molto più rapidamente, senza bisogno di stampi o altre attrezzature costose. Ma come funziona questa tecnica? Può davvero conquistare il settore della produzione additiva?

La ricerca, pubblicata su Advanced Materials, si basa su diversi esperimenti, tutti realizzati senza una stampante 3D. I ricercatori hanno utilizzato un contenitore di vetro che hanno immerso in acqua ghiacciata. Hanno poi versato una resina diciclopentadiene (DCPD), un composto organico di colore giallo. Hanno quindi riscaldato il centro del liquido a 70°C, facendo solidificare l’intera resina. Il calore si propaga a una velocità di 1 mm al secondo, consentendo la polimerizzazione ad apertura anulare per metatesi. In effetti, tutto ciò che viene toccato dal calore si indurisce, formando una sorta di sfera in crescita. Ma come si ottiene la forma desiderata?

Growth Printing, un metodo di stampa 3D più efficiente?

Per modificare la forma, i ricercatori estraggono la sfera in crescita dal contenitore e la manipolano, proprio come un vetro soffiato. In questo modo, possono giocare con le sue dimensioni, le sue ondulazioni, ecc. In questo modo, sono riusciti a creare un lampone, una zucca o persino una pigna. Il team spiega che questo metodo funziona meglio con forme assialsimmetriche, cioè simmetriche rispetto a un asse verticale. Altrimenti, il processo è più complesso. Ma è possibile, perché i ricercatori sono riusciti a creare un kiwi.

Se si osserva da vicino questo metodo, sembrerebbe un misto tra stampa 3D e scultura. Alcuni dei vantaggi di questo processo sono ben noti, come spiega Sameh Tawfick , professore di scienze meccaniche e ingegneria presso l’Università dell’Illinois Urbana-Champaign e responsabile del progetto: “Le apparecchiature per la stampa 3D di polimeri si sono evolute, ma alcuni aspetti le rendono ancora costose e molto lente. Il nostro obiettivo era quello di aumentare la velocità di produzione, le dimensioni del materiale e la qualità mantenendo i costi bassi. Il processo che abbiamo sviluppato è davvero veloce e poco costoso”. In termini di velocità, i ricercatori affermano che il processo è 100 volte più veloce delle stampanti 3D FDM/FFF presenti sul mercato.

Ma che dire di forme molto complesse con dettagli molto fini? Come si possono creare grandi volumi con questa tecnica? A noi sembra ancora un obiettivo molto lontano. Ma è interessante vedere come ci si possa appropriare del principio stesso della produzione additiva e creare un nuovo modo di produrre oggetti senza una stampante 3D, uno stampo o una macchina CNC. Philippe Geubelle, professore di ingegneria aerospaziale all’Università dell’Illinois e coautore dell’articolo, aggiunge:

Si tratta di un’applicazione semplice e bella di un processo di reazione-diffusione presente in molti sistemi naturali. La velocità e l’efficienza energetica del processo di stampa per crescita lo rendono particolarmente interessante. Per quanto riguarda la modellazione di questo progetto collaborativo, abbiamo sviluppato uno strumento informatico che prevede il movimento verso l’alto dell’asta necessario per raggiungere la forma target dell’oggetto da produrre.

In ogni caso, questo progetto è ancora in fase iniziale e i ricercatori sono ben consapevoli degli ostacoli ancora da superare. Sameh Tawfick lo paragona alle imperfezioni che si possono trovare in natura. E conclude: “È difficile trovare un cubo perfetto in natura. Non conosco nessuna pianta o organismo che assomigli a un cubo perfetto. Allo stesso modo, il nostro processo non può produrre un cubo perfetto. È un interessante specchio della natura”. Lo studio completo è disponibile QUI.

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*Crediti per tutte le foto: Istituto Beckman