Quali sono le stampanti 3D per vetro presenti sul mercato?

Il vetro è uno dei materiali più antichi della Terra, lavorato dall’uomo più di 100.000 anni fa. Veniva usato per fabbricare strumenti e armi e, nel tempo, le sue applicazioni si sono moltiplicate sempre di più. Guardandoci intorno oggi, il vetro è ovunque ed esiste in moltissime forme. Ci sono anche molte varianti diverse che offrono proprietà e caratteristiche diverse. Ma se il vetro è così presente nelle nostre vite, che cosa possiamo dire della produzione additiva? Il vetro può essere stampato in 3D ? La risposta è sì, ma è un materiale complesso con cui lavorare. Lavorare con il vetro, infatti, richiede temperature di fusione molto elevate (intorno ai 1.000°C) e un ambiente termico estremamente controllato e preciso. Nonostante questi vincoli, alcuni attori del settore hanno sviluppato stampanti 3D in vetro in grado di produrre tutti i tipi di parti. Mentre alcuni sono ora disponibili in commercio, la maggior parte rimane progetti di ricerca. Eccone una lista!

La Maple 4 di Maple Glass Printing

Maple 4 è una stampante 3D desktop in vetro che combina semplicità e prestazioni avanzate. A differenza della tradizionale lavorazione del vetro, che richiede calore estremo e attrezzature specializzate, questo sistema rende il processo più accessibile ed efficiente. Con un volume di stampa compatto dal valore di 736 x 600 x 985 mm e del peso di circa 100 kg, funziona su una presa standard 220–240V, raggiungendo temperature dell’ugello di quasi 1000 °C. Ha un volume di costruzione di 200 × 200 × 300 mm e può gestire una stampa ad alta portata. Può anche produrre parti in vetro dettagliate in poco meno di un’ora. Le sue caratteristiche includono la stampa con un clic, il livellamento automatico del letto a rete e un letto di stampa magnetico, che aiutano a facilitare l’uso e garantire risultati coerenti.

Stampante 3D per vetro di Nobula

La stampante 3D per vetro di Nobula presenta la Direct Glass Laser Deposition (DGLD), una tecnologia che secondo l’azienda “rende la stampa del vetro semplice come la stampa della plastica”. La stampante è in grado di raggiungere fino a 2200 °C con riscaldamento laser senza contatto. La sua lavorazione è ad alta precisione ed efficiente dal punto di vista energetico, eliminando la necessità del post-processing. Il dispositivo misura circa 100 × 40 × 60 cm e pesa poco più di 50 kg. Il sistema offre una risoluzione di 100–250 μm e supporta riempimenti dallo 0 al 100 percento. Con velocità di stampa che vanno da 5 a 200 mm al minuto, gli utenti possono realizzare strutture autosupportanti con dettagli precisi e prestazioni elevate. Il dispositivo è ottimizzato per il vetro di silice e compatibile sia con Nobula che con i software di slicing commerciali. Questa stampante 3D per vetro di Nobula apre le porte alla realizzazione di componenti in vetro complessi e di alta qualità in tutte le applicazioni di ricerca, progettazione e produzione avanzata.

Stampante 3D in vetro del MIT

L’istituto di ricerca americano MIT è stato senza dubbio uno dei primi a prendere in considerazione lo sviluppo di una stampante 3D in vetro. I primi test sono iniziati nel 2015, quando un gruppo di ricercatori guidati da Neri Oxman ha presentato un processo in grado di estrudere il vetro fuso strato per strato. Pochi anni dopo, la prima versione della loro macchina si è evoluta nel G3DP2. Questa soluzione di stampa può depositare continuamente 30 chilogrammi di vetro fuso, integrando un sistema di controllo termico per garantire la corretta formazione e qualità del vetro. La macchina può quindi produrre parti in vetro trasparente, indipendentemente dall’applicazione prevista. Oggi, il G3DP2 non è direttamente disponibile per l’acquisto, ma la soluzione è attualmente utilizzata quotidianamente dallo studio Evenline, dove è possibile anche ordinare parti in vetro direttamente attraverso il loro sito web.

Vetro per stampa 3D con Glassomer

Glassomer è un’azienda tedesca specializzata nella produzione additiva di vetro. Attualmente non commercializza macchine di per sé, ma offre invece la sua esperienza nella stampa 3D di parti in vetro, in particolare prototipi, indipendentemente dalla loro forma. Ad esempio, può stampare diversi designs, dalla tua futura bottiglia ad oggetti decorativi e gioielli. Glassomer è in grado di fornire questo tipo di servizio perché ha sviluppato un processo per creare direttamente la materia prima stessa. Si tratta di un materiale composito, liquido per la stampa 3D e solido per l’iniezione, realizzato con polvere di vetro di silice e un legante organico. Questo è il materiale utilizzato nella produzione additiva, che consente la produzione di parti in vetro trasparente.

Produzione additiva del vetro a bassa temperatura

Una linea di ricerca degna di nota è quella del Lincoln Laboratory del MIT sulla produzione additiva del vetro a bassa temperatura. Il loro approccio è abbastanza innovativo, poiché il vetro viene quasi sempre lavorato a temperature molto elevate. Tuttavia, non hanno applicato alcuna tecnica simile. Ma allora, come ci sono riusciti? Il processo inizia a temperatura ambiente: utilizzando la tecnologia del direct ink writing, l’oggetto viene formato strato per strato. Viene poi stagionato in un bagno di olio minerale riscaldato a soli 250° C, rispetto ai >1000° C tipicamente richiesti con metodi convenzionali. Terminato il trattamento termico, il pezzo viene risciacquato con un solvente inorganico per rimuovere l’olio minerale residuo ed è così pronto. Per quanto riguarda il materiale compatibile con questo processo, si tratta di un inchiostro multimateriale, anch’esso sviluppato da Lincoln Laboratory, composto da una soluzione di silicato e nanoparticelle di altri composti inorganici. Lo studio è ancora in corso, ma i risultati mostrano che la tecnica potrebbe consentire una più facile stampa 3D di dispositivi in vetro come sistemi microfluidici, lenti ottiche e componenti elettronici ad alta temperatura.

Vetro per stampa 3D per microstrutture

I ricercatori dell’Università della California, Berkeley, in collaborazione con l’Università di Friburgo (Germania), hanno sviluppato una tecnica per stampare in 3D microstrutture in vetro. La tecnica si basa su un processo sviluppato anni fa, la litografia assiale computerizzata (CAL), ma ora sono riusciti a stampare con dettagli più fini, su microscala e in vetro. Questo nuovo processo è stato denominato micro-CAL. A differenza dei metodi tradizionali, il processo non stampa strato per strato, ma stampa l’intero oggetto contemporaneamente. Viene utilizzato un laser per proiettare modelli di luce in un materiale resinoso speciale che contiene nanoparticelle di vetro circondate da un legante fotosensibile. La luce solidifica il legante, quindi l’oggetto viene riscaldato per rimuovere il legante in eccesso e fondere insieme le particelle, ottenendo un pezzo solido di vetro puro. Perché stampare microstrutture in vetro? I ricercatori indicano diverse applicazioni: componenti ottici microscopici, occhiali per realtà virtuale, microscopi avanzati e altri strumenti scientifici.

Il vetro stampato in 3D dell’ETH di Zurigo tramite SLA

Nel 2019, i ricercatori dell’ETH di Zurigo si sono prefissati l’obiettivo di dimostrare che oggetti complessi in vetro potessero essere stampati in 3D, e ci sono riusciti, successivamente facendo richiesta per un brevetto. Utilizzando la stereolitografia con una resina che combinava molecole plastiche e organiche legate a precursori del vetro, il team è stato in grado di creare strutture di vetro complesse e altamente porose. In particolare, hanno impiegato l’elaborazione digitale della luce (DLP), scoprendo che la dimensione dei pori di un oggetto poteva essere regolata modificando l’intensità della luce. Una volta indurita la resina, i pezzi stampati sono stati cotti in due fasi: prima a 600˚ C per bruciare la struttura polimerica, e poi a circa 1000˚ C per densificare la ceramica in vetro. Mentre questo processo faceva sì che gli oggetti si restringessero considerevolmente, il prodotto finale era trasparente e duro, simile al vetro delle finestre.

Stampa 3D del vetro a deposizione dell’Università di Notre Dame

Un altro approccio innovativo alla stampa 3D su vetro è stato sviluppato dai ricercatori dell’Università di Notre Dame. Il loro metodo utilizza un laser ad anidride carbonica per riscaldare la superficie di un’asta di vetro, che poi si fonde su un substrato di quarzo fuso montato su una piattaforma CNC a 4 assi. La combinazione dell’interazione con il substrato, della pressione proveniente dalla parte non riscaldata del filamento, della gravità e della tensione superficiale permette al vetro di formarsi in modo controllato. Utilizzando questa tecnica, il team è stato in grado di creare sia modelli 2D che strutture a spirale 3D indipendenti. Il lavoro è progredito ulteriormente quando Ed Kinzel, che ha guidato lo studio di Notre Dame, ha collaborato con i colleghi del Monterrey Institute of Technology and Higher Education in Messico. Insieme, sono passati dalla produzione di forme cave al raggiungimento di solidi 3D densi e completamente trasparenti. Sebbene la precisione rimanga una sfida, i ricercatori sono ottimisti sul fatto che con ulteriori perfezionamenti si possano raggiungere prestazioni ancora più elevate.

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