#Startup3D: Mechnano produce materiali per la produzione additiva con proprietà superiori

Nella produzione additiva oltre ai processi stessi, i materiali svolgono un ruolo enorme in termini di proprietà e caratteristiche finali del pezzo. È per questo motivo che sempre più spesso la ricerca e lo sviluppo si concentrano specificamente sulla creazione di nuovi materiali per la stampa 3D, siano essi compositi, metalli o plastiche. Tra le aziende che stanno lavorando a soluzioni innovative, possiamo annoverare Mechnano, con sede in Arizona, che è stata la prima a inserire nanotubi di carbonio nelle resine per migliorarne le proprietà, tra cui la resistenza o la possibilità di ottenere certificazioni ESD costanti. Abbiamo parlato con Mechnano per saperne di più sulle sue resine, sull’importanza dei materiali antistatici e altro ancora.

3DN: Ciao! Puoi presentarti e raccontarci del tuo legame con la stampa 3D?

Assolutamente sì. Mi chiamo Olga Ivanova, detta anche “Dr. O”, e sono Direttrice delle applicazioni e della tecnologia di Mechnano. Ho conseguito il dottorato di ricerca in chimica, con specializzazione in nanomateriali. Durante la mia ricerca di un’opportunità post-dottorato, il mio obiettivo era quello di esplorare una nuova tecnologia o un nuovo settore scientifico, apportando al contempo il mio prezioso contributo. È stato allora che mi sono imbattuta in un’offerta di lavoro presso il Virginia Tech, relativa ai nanocompositi per la stampa 3D.

Olga Ivanova

All’epoca non avevo alcuna conoscenza della stampa 3D e ho dedicato molto tempo al suo studio attraverso ricerche approfondite, articoli, ricerche sul web e guardando video dei processi. Non mi ci è voluto molto per sviluppare un profondo interesse per questa tecnologia. Ho colto quindi l’opportunità, segnando l’inizio del mio viaggio nella produzione additiva.

3DN: Come è nata Mechnano?

La visione iniziale dei fondatori di Mechnano, Steven Lowder e Scott Gillette, prevedeva l’integrazione di nanotubi di carbonio (CNT) nei materiali AM per migliorarne le proprietà. Grazie all’interazione con la comunità AM e a un’ampia ricerca di mercato, queste idee si sono evolute in modo sostanziale. Mechnano ha ottenuto un forte sostegno da parte delle principali parti interessate, che hanno confermato che se i CNT possono offrire i miglioramenti delle proprietà dei materiali previsti, questa tecnologia consentirebbe alla stampa 3D di rivaleggiare con i metodi di produzione tradizionali.

Mentre lavoravamo alla funzionalizzazione dei CNT per l’Additive Manufacturing e alla validazione completa delle nostre formulazioni iniziali di materiali che utilizzano questa nanotecnologia, abbiamo affrontato con successo le sfide associate all’introduzione di una nuova tecnologia sul mercato come startup. È stato durante questo processo che abbiamo iniziato a comprendere l’ampiezza del divario di mercato che poteva essere colmato offrendo resine ESD nano-uniformi, ovvero resine in grado di produrre pezzi con un rating ESD costante rispetto all’ESD variabile che si trova nei prodotti concorrenti, causando difficoltà nella produzione di elettronica. Di conseguenza, abbiamo perfezionato il nostro piano aziendale e la nostra strategia di mercato per allinearci alle nostre scoperte.

Mechnano è nota per le sue particolari resine che sono state migliorate grazie all’uso dei CNT.

Di conseguenza, la nostra attenzione principale si concentra sui prodotti ESD. Offriamo Masterbatches ai nostri partner formulatori come solida base per la creazione di materiali innovativi. Questo approccio unico di “Collaboratore tramite Masterbatch” ci ha permesso di introdurre sul mercato una serie di prodotti ESD. Tra questi, una resina ESD resistente e tre resine ESD rigide, studiate per soddisfare i requisiti di temperatura della camera, della cottura e dei processi di interconnessione nella produzione di elettronica, tutte con prestazioni ESD nano-uniformi, che sono sempre più importanti nei settori dei semiconduttori, del packaging e della microelettronica.

3DN: Come funzionano i materiali ESD di Mechnano e quali sono i loro vantaggi per la produzione additiva?

Innanzitutto, vorrei fornire una breve introduzione alla scarica elettrostatica (ESD). L’ESD è l’improvviso flusso di elettricità che si verifica quando due oggetti con cariche elettriche opposte entrano in contatto. Può variare da una lieve scossa a un arco elettrico potenzialmente mortale. Anche una bassa tensione ESD di 20 volt può danneggiare le parti microelettroniche, spesso causata dal personale durante la produzione e l’assemblaggio. Ciò può comportare prestazioni difettose, danni permanenti, tempi di inattività delle apparecchiature e costose riparazioni o sostituzioni di parti. Inoltre, le ESD sono particolarmente pericolose in ambienti con sostanze infiammabili.

Esistono tre categorie di materiali utilizzati per prevenire e gestire le scariche elettrostatiche. I materiali conduttivi hanno una bassa resistenza e consentono agli elettroni di viaggiare facilmente, trasferendo l’elettricità a terra o ad altri oggetti conduttivi. I materiali dissipativi hanno un flusso di cariche più lento e controllato verso il suolo. Infine, i materiali antistatici impediscono l’accumulo di elettricità statica e riducono le cariche statiche.

Le resine Mechnano possono essere utilizzate in diversi modi.

Mechnano utilizza la sua tecnologia proprietaria D’Func (Discrete, Dispersed, and Functionalized Carbon Nanotubes) per fornire proprietà di dissipazione statica alle parti AM senza compromettere le prestazioni meccaniche del materiale di base. L’obiettivo principale è superare la tendenza naturale dei CNT ad agglomerarsi in grandi fasci, raggiungendo uno stato discreto e funzionalizzando successivamente le pareti laterali per impedire la riagglomerazione. Controlliamo con precisione i livelli di carico di CNT per ottenere la resistenza superficiale desiderata. Quando si incorpora D’Func nei componenti fabbricati, si garantisce una ESD nano-uniforme, facilitando il movimento sicuro e graduale delle cariche elettriche verso terra, che è fondamentale per proteggere l’elettronica sensibile, in particolare i sistemi con un alto valore monetario.

3DN: Puoi illustrarci un esempio di applicazione specifica dei vostri materiali ESD?

Esiste una moltitudine di componenti che richiedono prestazioni di dissipazione statica. Fino a poco tempo fa, la fabbricazione di componenti a prova di ESD con le tecniche AM era limitata a geometrie di grandi dimensioni senza caratteristiche fini. La lavorazione a macchina e l’attrezzaggio di stampi erano le uniche opzioni per lavorare parti che richiedevano una finitura superficiale liscia o caratteristiche intricate. Mechnano ha cambiato questa situazione grazie alla capacità di produrre resine stabili per la fotopolimerizzazione a prova di ESD. Queste resine consentono di sostituire le parti lavorate o realizzate a stampo con quelle AM. Questo facilita la stampa a resina per lo sviluppo di nuovi prodotti, ugelli per tecnologia di montaggio superficiale (SMT) a basso volume, vassoi JEDEC, pinze, connettori circolari, punte di erogazione e altri componenti, ma apre anche la strada alla gestione di processi ad elevata temperatura.

Un esempio specifico di applicazione ad alta temperatura riguarda la produzione in tempi rapidi di un supporto per il processo di saldatura di un circuito stampato a una temperatura di 245°C. Per eseguire questo compito, il nostro cliente utilizzava il CAD per progettare il supporto, quindi lo inviava a un’officina meccanica, dove veniva creato un supporto in alluminio poi consegnato entro due settimane. Successivamente, veniva condotto un processo di verifica per valutare l’adattamento del supporto al circuito stampato. In caso di mancata corrispondenza, la sostituzione richiedeva altre due settimane. Purtroppo, un tale ritardo spesso comportava la perdita del progetto. Per mitigare questo rischio, durante la fase di progettazione del supporto è stato introdotto un “fattore di scarto” intenzionale, ingrandendo leggermente le dimensioni della tasca per garantire il funzionamento al primo tentativo. Tuttavia, anche questo approccio ha portato a prestazioni scarse a causa di un adattamento non ottimale.

Recentemente, Mechnano ha presentato un materiale ESD resistente alle alte temperature.

Utilizzando la nostra resina ESD ad alta temperatura, il cliente può oggi costruire e polimerizzare il supporto secondo le dimensioni precise prima che il circuito venga consegnato. Nel caso in cui non sia adatto, è possibile apportare rapidamente le modifiche necessarie al progetto. La versione aggiornata può quindi essere stampata, consentendo l’uso immediato di un supporto resistente al calore e perfettamente aderente al pavimento.

3DN: Quali sono i progetti futuri di Mechnano?

I nostri partner formulatori hanno espresso interesse nel funzionalizzare i CNT per incorporare conduttività, schermatura EMI e resistenza alle radiazioni nelle resine. Sebbene questi sviluppi siano indubbiamente interessanti, i progetti più importanti in termini di volume si concentreranno sulle nostre polveri e pellet per la sinterizzazione laser. Abbiamo rivestito con successo polichetone, poliammide e PEEK con D’Func, trasformando così queste polveri originariamente isolanti in polveri statiche dissipative con un impatto minimo sulle loro proprietà meccaniche. Inoltre, Mechnano ha integrato con successo D’Func in pellet di policarbonato per ottenere capacità di scarica elettrostatica. Inoltre, il nostro team sta sviluppando attivamente altri due prodotti e non vediamo l’ora di condividere con voi queste entusiasmanti innovazioni. Restate sintonizzati per ulteriori aggiornamenti!

3DN: Qualche ultima parola per i nostri lettori?

Se attualmente vi affidate a parti in alluminio o composito lavorate a macchina o con stampaggio a iniezione per soddisfare i vostri requisiti ESD, è altamente consigliabile prendere in considerazione la produzione additiva per le applicazioni che richiedono tempi di consegna rapidi, che necessitano di intervalli ESD eccezionalmente precisi o che devono sopportare temperature estremamente elevate. È molto probabile che con la stampa 3D si possano fabbricare componenti ESD nano-uniformi che non solo soddisfino, ma superino le vostre aspettative di prestazione. Per saperne di più su Mechnano, visitate il nostro sito web QUI.

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*Crediti per tutt le foto: Mechnano