I ricercatori del MIT sviluppano una nuova tecnica di stampa 3D per oggetti con diversi colori e texture

La tecnologia di stampa multimateriale è già stata trattata qui su 3Dnatives. Questo processo consente di riprodurre oggetti 3D utilizzando diversi materiali servendosi di un’unica stampa continua. Questo metodo consente di creare dispositivi su misura in una varietà di colori e texture. Tuttavia, presenta alcuni limiti. Il processo può essere lento e costoso, perchè le stampanti 3D attuali devono spesso alternare diversi ugelli, rimuovendo un materiale prima di applicarne un altro.

Come soluzione a questo problema, i ricercatori del MIT e dell’Università Tecnica di Delft nei Paesi Bassi hanno sviluppato un metodo più efficiente che offre non solo una maggiore precisione, ma anche una riduzione degli sprechi. La tecnica si serve di materiali reattivi al calore, rendendo così possibile la stampa di oggetti con colori, sfumature e texture diverse in un’unica fase di stampa.

Un nuovo metodo per personalizzare texture e colori

I ricercatori hanno denominato il loro metodo “speed-modulated ironing”. Questo procedimento può essere utilizzato per la stampa FDM e prevede l’impiego di una stampante 3D dotata di due ugelli. Il primo deposita un filamento reattivo al calore, mentre il secondo passa sul materiale stampato per innescare vari effetti, come cambiamenti di opacità o texture, grazie a un’applicazione mirata del calore. Regolando la velocità di questo secondo ugello, si è in grado di modulare con precisione la temperatura, influenzando così il colore, le sfumature e la rugosità del filamento.

Questo metodo apre la possibilità di creare effetti visivi artistici variando i colori degli oggetti stampati, e allo stesso tempo permette di produrre superfici strutturate. “Ad oggi le stampanti desktop sono in grado di utilizzare abilmente diversi inchiostri per produrre una varietà di sfumature e texture. Il nostro obiettivo è applicare questo concetto alla stampa 3D, utilizzando un numero limitato di materiali per ottenere una gamma molto più ampia di caratteristiche per gli oggetti stampati”, spiega Mustafa Doga Dogan, coautore di un articolo sul metodo della “speed-modulated ironing”.

Una nuova tecnica di stampa per controllare il calore

Sebbene l’uso di filamenti sensibili al calore offra potenziali vantaggi, le tecniche attuali si affidano per lo più a un singolo ugello che esegue sia la stampa che il riscaldamento. In questo sistema, la stampante 3D deve prima riscaldare l’ugello alla temperatura desiderata prima di iniziare a depositare il materiale. Questo processo di riscaldamento e raffreddamento è lento e può degradare il filamento se la temperatura è troppo alta. Per risolvere questi problemi, il team propone un approccio innovativo: stampare con un ugello e utilizzare un secondo ugello separato esclusivamente per fornire calore, ottimizzando così l’efficienza e riducendo il rischio di danneggiare il materiale.

Invece di regolare continuamente la temperatura per attivare la reazione del materiale, questo metodo consente di mantenere un calore costante nel secondo ugello, variando la velocità di movimento sull’area già stampata. Modificando la velocità di passaggio dell’ugello è possibile controllare la temperatura applicata allo strato stampato, ottenendo così una distribuzione termica precisa e adattabile. “È un po’ come passare il dito su una fiamma. Se lo si muove velocemente, si evita di scottarsi, ma se lo si muove lentamente, il dito raggiunge una temperatura più elevata”, spiega Marwa AlAlwi, ricercatrice del MIT. Il modello mette in relazione la temperatura di un materiale con la sua reazione al calore per determinare la velocità ideale dell’ugello per ottenere colori, sfumature o texture specifiche per ogni oggetto stampato. “Molti fattori possono influenzare i risultati ottenuti. Stiamo modellando qualcosa di molto complicato, ma vogliamo anche assicurarci che i risultati siano accurati”, spiega AlAlawi.

Produzione più rapida rispetto ai metodi tradizionali

I ricercatori hanno valutato il loro metodo utilizzando tre tipi di filamenti reattivi al calore. Il primo è un polimero schiumoso le cui particelle si espandono nel momento in cui vengono riscaldate, rendendo possibile la creazione di varie tonalità, trasparenze e texture. Hanno anche testato un filamento contenente fibre di legno e un altro con fibre di sughero, che possono subire un processo di carbonizzazione per produrre tonalità più scure. I ricercatori hanno dimostrato che la loro tecnica può essere impiegata per realizzare oggetti come le bottiglie d’acqua parzialmente traslucide. In questo caso, hanno utilizzato il polimero schiumogeno a bassa velocità per creare aree opache e ad alta velocità per ottenere aree traslucide. La creazione di oggetti simili con i tradizionali metodi di stampa 3D multimateriale richiede molto più tempo, a volte anche diverse ore, con un maggiore consumo di energia e di materiali.

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*Crediti per tutte le foto: MIT