ValueBioMat utilzza la stampa 3D con compositi di origine biologica

Oggi, sempre più aziende stanno sviluppando materiali compositi per la produzione additiva, consentendo la progettazione di componenti più leggeri e resistenti. Tuttavia, questi materiali possono avere un impatto negativo sull’ambiente poiché sono spesso realizzati a partire da una matrice plastica. Per questo motivo, l’Università Aalto in Finlandia sta conducendo ricerche per ideare nuovi materiali polimerici sostenibili di origine biologica, in grado di sostituire le plastiche e i compositi convenzionali di origine fossile. Questi nuovi materiali e le loro tecniche di lavorazione renderanno la stampa 3D completamente sostenibile e riciclabile nel prossimo futuro. Abbiamo incontrato Jukka Seppälä, il professore che, insieme al laboratorio di produzione additiva dell’università, sta conducendo ricerche su questo argomento nell’ambito del progetto ValueBioMat.

3DN: Potrebbe presentarsi brevemente e raccontarci il suo rapporto con la stampa 3D?

Mi chiamo Jukka Seppälä e sono professore di Tecnologia dei Polimeri presso l’Università di Aalto in Finlandia. Nel mio laboratorio ci concentriamo sulla sintesi e l’ingegneria delle reazioni polimeriche. Siamo interessati a comprendere le relazioni tra struttura e proprietà dei polimeri e ad adattare le materie plastiche per soddisfare le esigenze relative ad applicazioni importanti e complesse. Da anni siamo all’avanguardia nello sviluppo di polimeri e materie plastiche di origine biologica. Questo ci ha portato anche a concentrarci su tecniche di lavorazione avanzate ed emergenti, come la produzione additiva. Queste tecniche offrono grandi opportunità per produrre strutture ottimizzate in un modo nuovo ed efficiente dal punto di vista dei materiali. Pertanto, la produzione additiva, in combinazione con nuovi materiali polimerici sostenibili e di origine biologica, può rappresentare un grande passo avanti verso soluzioni con materiali più ecosostenibili. All’Università di Aalto, l’esperto di produzione additiva è il Professor Jouni Partanen e collaboriamo a stretto contatto con lui nel suo laboratorio di produzione, ADDLAB.

3DN: Come è nato il progetto ValueBioMat? Qual è la sua mission?

La mission di ValueBiomat è promuovere la sostenibilità attraverso azioni legislative e politiche, sviluppando quadri normativi appropriati che incoraggino lo sviluppo nella produzione e nei servizi di biomateriali, regolino in modo proporzionale la protezione e l’accesso ai dati industriali e ai file di progettazione e supportino la cooperazione tra le parti interessate sviluppando nuovi modelli di innovazione e la governance delle reti aziendali.

Stiamo inoltre studiando e sviluppando percorsi di sintesi praticabili e ad alta produttività dagli acidi grassi a monomeri polimerizzabili come gli acidi dicarbossilici, ed esaminando le possibilità di sintetizzare poliammidi, poliesteri e poliuretani a catena lunga di origine biologica, nonché le loro correlazioni struttura-proprietà con le proprietà dei materiali. I compositi sintetizzati rinforzati con biopolimeri con compatibilizzazione chimica rappresentano la tecnologia chiave per l’individuazione di materiali compositi a fibre lunghe ottimali per i processi di stampa e per lo sviluppo di processi appropriati per questi compositi. Infine, valutiamo l’impatto ambientale, sociale ed etico delle nostre soluzioni a beneficio della società.

3DN: Quali sono i principali vantaggi della trasformazione di materiali da biofonti in compositi per la stampa 3D?

I materiali da biofonti rappresentano una nuova ed emergente fonte di materie prime rinnovabili per la produzione di carburanti e materiali polimerici. Attualmente sono disponibili materiali derivati da biofonti commerciali a base di poliammidi. Nella nostra ricerca, abbiamo sviluppato poliammidi a catena lunga con proprietà ottimali, soprattutto in combinazione con cariche e fibre di rinforzo di origine biologica, per realizzare biocompositi termoplastici. I problemi che siamo riusciti a risolvere riguardano come evitare la degradazione delle bioparticelle termosensibili. A tal fine, abbiamo sviluppato specifiche poliammidi bassofondenti, essenzialmente basate su materie prime biologiche. Questi progressi ci hanno permesso di creare nuovi e interessanti compositi di origine biologica per sostituire le plastiche e i compositi convenzionali di origine fossile.

3DN: Potrebbe raccontarci qualcosa di più sul processo di stampa 3D che utilizzate?

Abbiamo lavorato con la stereolitografia nella produzione additiva, dove il parametro chiave è garantire la corretta e rapida polimerizzazione chimica della resina. Questo include anche il legame chimico tra gli strati, in modo da formare una rete 3D uniforme, ovvero un risultato finale senza strati. Esistono dispositivi sviluppati appositamente per questo scopo. Invece di muoversi a intervalli di altezza (ad esempio 50 µm), il piano di stampa si muove lentamente e in modo continuo mentre avviene la fotoreticolazione, ottenendo una struttura senza strati. Un altro approccio che abbiamo implementato consiste nella stampa 3D di stampi preprogettati che in un’altra fase vengono utilizzati per fondere gli oggetti. In questo caso, anche l’oggetto reale non presenta strati.

3DN: Come ValueBioMat vede il futuro delle plastiche rinnovabili e circolari nella stampa 3D?

Siamo convinti che la stampa 3D offra nuove possibilità per una progettazione ottimizzata dei prodotti, riducendo il consumo di materiali. Inoltre, la produzione digitale con stampanti 3D distribuite offre una produzione direttamente in loco. Esistono anche diversi fattori da considerare, dalla stampa 3D desktop alla produzione additiva robotica di oggetti di grandi dimensioni.

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

I nuovi materiali e le loro tecniche di lavorazione sono fondamentali per favorire la sostenibilità e la circolarità nel futuro. Per mettere in pratica tutto questo, non abbiamo bisogno solo di soluzioni tecniche, ma anche di una comprensione scientifica dell’intera catena del valore del ciclo di vita, fino al fine vita dei prodotti. A questo proposito, i nuovi modelli di business necessitano di incentivi e normative. Sono certo che produttori e consumatori siano disposti a farlo. Questa è la mission principale del progetto ValueBiomat.

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*Crediti per la foto di copertina: Aalto University