Vetro stampato in 3D senza leganti: la ricerca della Hebrew University

Un gruppo di ricercatori della Hebrew University di Gerusalemme ha sviluppato un nuovo processo per la stampa 3D del vetro senza l’uso di leganti organici, raggiungendo risultati sorprendentemente simili al vetro puro. Il team, guidato dal professor Shlomo Magdassi, è riuscito mettere a punto un metodo innovativo basato sulla stereolitografia (SLA) e sulla chimica sol-gel, che permette di produrre oggetti in vetro di silice pura a temperature molto più basse rispetto ai metodi tradizionali.

Pubblicato sulla rivista Materials Today, lo studio rappresenta un passo importante verso una produzione di componenti vetrosi più pulita, efficiente e accessibile. Vediamo nel dettaglio come funziona e quali sono le principali innovazioni del metodo sviluppato dal team israeliano.

Un nuovo modo di stampare il vetro

Nella produzione additiva il vetro ha sempre rappresentato una sfida perché richiede solitamente resine fotopolimeriche contenenti leganti organici. Questi materiali organici devono poi essere eliminati tramite un lungo e costoso processo di “debinding” ad alte temperature (oltre 1000 °C), con il rischio di crepe e deformazioni. Il nuovo processo messo a punto dai ricercatori israeliani elimina del tutto la necessità di tali componenti. Il metodo sfrutta invece un foto-generatore di base (photo-base generator, PBG) chiamato N-metil nifedipina, unito a un precursore principale tipico dei processi sol-gel, l’ortosilicato tetraedile (TEOS). Quando la miscela viene irradiata con luce UV (385–405 nm), il PBG libera ioni OH⁻ che alzano localmente il pH del materiale, innescando una reazione chimica che attiva la trasformazione del liquido in un gel di silice. Si tratta quindi di una fotopolimerizzazione “inorganica”, perché è la luce stessa a creare aree solide di gel.

Dopo la stampa, l’oggetto viene sottoposto a un post-processing con lavaggio in etanolo per rimuovere i residui del PBG. In seguito, viene eseguita un’essiccazione supercritica per evitare la formazione di crepe. Infine, il materiale così ottenuto trasforma il gel in silice mesoporosa e semi-trasparente grazie a una cottura di soli 250 °C, una temperatura sorprendentemente bassa se confrontata con i processi tradizionali per la lavorazione del vetro. Un risultato simile era stato già ottenuto da una ricerca del Lincoln Laboratory, dove un approccio basato sulla direct ink printing aveva dimostrato le potenzialità della stampa 3D del vetro a temperature ridotte.

Una scoperta che apre nuove applicazioni

Le analisi chimiche hanno rivelato che, dopo il trattamento sotto vuoto, la composizione del materiale si avvicina a quella del vetro puro, con un rapporto tra silicio e ossigeno praticamente identico a quello della silice naturale. Inoltre, con questa tecnica diventa possibile incorporare materiali organici sensibili al calore (come coloranti fluorescenti) che restano intatti grazie alla bassa temperatura durante il processo di cottura.

Secondo gli autori, il processo è compatibile con stampanti DLP/SLA commerciali, e consente di realizzare oggetti in silice di dimensioni centimetriche, caratterizzati da bassa porosità, ritiro ridotto (circa il 25%) e buona trasparenza ottica.
Come sottolinea il professor Shlomo Magdassi, “questa scoperta porta la lavorazione del vetro nel XXI secolo, rendendo la stampa 3D più pulita, più efficiente e aperta a nuove applicazioni”. Il co-autore Amir Reisinger ha aggiunto che il metodo “consente di realizzare strutture di vetro complesse, con enormi potenzialità nei campi dell’ottica e della biomedicina”.

In futuro, il metodo potrà essere adattato anche ad altri ossidi inorganici (zirconio, titanio), aprendo la strada a nuove famiglie di ceramiche e vetri stampati in 3D.