#Startup3D: le batterie stampate in 3D di MATERIAL potrebbero cambiare il modo in cui costruiamo i dispositivi

Per decenni, la progettazione hardware è stata dettata da una realtà inamovibile: la batteria è un blocco. Che si tratti di progettare un drone o uno smartphone, gli ingegneri sono stati costretti a costruire attorno ai vincoli rigidi e pesanti delle tradizionali celle cilindriche o prismatiche, scendendo a compromessi sulla distribuzione del peso e sulla forma pur di garantirne il funzionamento.

Una startup con sede in Florida, MATERIAL, sta cercando di rompere questo schema. Attraverso un processo proprietario di stampa 3D, l’azienda è in grado di produrre batterie con geometrie personalizzate, consentendo di fatto alla fonte di alimentazione di adattarsi al prodotto, e non viceversa. Il concetto è sintetizzato nel loro claim: “Non costruiamo batterie. Stampiamo energia.” Per la nostra Startup del mese di giugno abbiamo incontrato il Dr. Chris Reyes, CTO, co-fondatore dell’azienda e inventore del processo, per scoprire la visione di MATERIAL.

3DN: Può presentarsi e raccontarci come si è avvicinato alla stampa 3D?

Siamo MATERIAL, un’azienda di produzione avanzata, e disponiamo di una macchina avanzata in grado di stampare praticamente qualsiasi cosa. Il punto di partenza sono le batterie agli ioni di litio, che stampiamo con i nostri nanomateriali sviluppati internamente.

Tutto questo è nato dal mio dottorato alla Duke University. Tra il 2014 e il 2015 stavamo entrando nel mondo della produzione additiva. Lavoravamo in un laboratorio di scienza dei materiali, dove ci occupavamo della produzione di nanomateriali, dello sviluppo di applicazioni composite e dello studio della crescita di queste strutture. […] Volevo fare qualcosa di più significativo e verificare se fosse possibile stampare in 3D una batteria. È così che è nata l’idea di questa azienda. Ho svolto il mio postdottorato alla Rice University, periodo in cui ho appreso tecniche di produzione più avanzate. […] Nel 2023 abbiamo deciso di costituire l’azienda e di provare davvero a far decollare l’idea.

3DN: Può raccontarci qualcosa in più sulla tecnologia di stampa 3D utilizzata da MATERIAL?

Non posso entrare troppo nei dettagli, ma si tratta di uno strumento di stampa multimodale. Disponiamo di un sistema di estrusione plastica: al momento utilizziamo l’FDM, ma possiamo lavorare anche con pellet e qualsiasi composito polimerico. Abbiamo sviluppato inoltre alcuni estrusori a vite per gli impasti destinati alle batterie e lavoriamo con i nanocompositi. Il sistema può dispensare diverse tipologie di materiali, ed è dotato di sensori personalizzati che eseguono la post-lavorazione in-situ. È simile alla direct ink writing […], ma con un nostro adattamento, dato che utilizziamo materiali speciali con esigenze specifiche.

3DN: Da dove nasce l’esigenza di creare batterie personalizzate?

Il motivo di fondo risale a quando stavo decidendo su quale progetto puntare. Volevo fare qualcosa che avesse un futuro. Avremo sempre batterie in qualche forma. La batteria agli ioni di litio potrebbe seguire la sorte di quella al piombo-acido, eppure non ce ne libereremo mai: ha un suo posto preciso. Volevo quindi essere coinvolto in una tecnologia destinata a evolversi e a essere, per quanto possibile, nobile nei suoi scopi. Avremo sempre bisogno di fonti energetiche.

Inoltre, entrando nella scienza delle batterie, siamo vincolati a livello volumetrico dall’uso di celle cilindriche e prismatiche. Tutto si riduce a cilindri ammassati insieme. C’è molto spazio sprecato. La stampa 3D offre un modo per riempire tutto lo spazio disponibile. Si può ottimizzare in funzione del volume, della dissipazione del calore, della resistenza. E ritengo che la produzione additiva sia l’unica via per farlo.

3DN: Quali sono i principali vantaggi della stampa 3D applicata alle batterie?

I principali vantaggi sono gli enormi incrementi di densità energetica. Eliminiamo infatti molto materiale non funzionale dalla batteria. Inoltre, possiamo inserire batterie in spazi dove altre soluzioni non arrivano. Tutto lo spazio vuoto che si vede in un contenitore tradizionale diventa parte integrante della batteria, aumentandone l’autonomia. Questo è un altro vantaggio significativo. Aggiungiamo poi la conformabilità e la capacità di adattamento. Uno dei punti di forza delle nostre batterie è che con la stessa macchina si può sviluppare una batteria per un drone o per un’automobile radiocomandata e poi iniziare a sviluppare quella per un altro prodotto utilizzando lo stesso impianto. […] Oggi, se si vuole produrre una batteria cilindrica, bisogna costruire una fabbrica dedicata, e quello è tutto ciò che si può ottenere. C’è anche un tema di efficienza: comprimiamo da sette a dodici fasi del processo produttivo in un’unica macchina, riducendo notevolmente l’ingombro complessivo.

3DN: Quali sono state le principali sfide affrontate dalla fondazione di MATERIAL?

La sfida più immediata risiede nei dazi. Stiamo costruendo un’azienda con una forte componente hardware e di scienza dei materiali, e questo cambiamento ha rappresentato un fattore interessante e particolare con cui confrontarsi. C’è però una spinta forte a riportare tutto entro i confini nazionali: sono emerse molte soluzioni da parte delle startup e molte persone stanno passando alla logica del “ora possiamo procurarcelo qui”.

Un’altra sfida è che produciamo internamente i nostri nanomateriali. Produrre nanomateriali su scala è complesso per via delle loro proprietà. Ciò che rende straordinari i nanomateriali è anche ciò che li rende difficili da maneggiare.

3DN: Un’ultima parola per i nostri lettori?

Sono un grande appassionato di stampa 3D e ne sono sempre stato un sostenitore convinto. Credo che dovrebbe essere insegnata di più nelle scuole e che tutti dovrebbero avere accesso a queste tecnologie, perché rendono la vita un po’ migliore. Il mio obiettivo è scoprire cosa siamo in grado di fare con la stampa 3D, partendo dalle batterie. In seguito ci muoveremo verso altri materiali e oltre.

E voi, cosa ne pensate di MATERIAL e dell’idea di produrre batterie stampate in 3D? Faccelo sapere lasciando un commento sui nostri social Facebook e LinkedIn. Trovi tutti i nostri video sul nostro canale YouTube! Non dimenticare di iscriverti alla nostra Newsletter settimanale per ricevere tutte le notizie sulla stampa 3D direttamente nella casella di posta!

*Crediti di tutte le foto: MATERIAL