Gli scienziati sviluppano una nuova tecnica per migliorare la qualità del 3D

27 luglio 2023

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di TransSpread

Nell’ultimo decennio, le tecnologie di stampa 3D hanno vissuto sviluppi e cambiamenti senza precedenti. Ora consentono la rapida fabbricazione di oggetti tridimensionali a un costo molto competitivo. Ciò rende le stampanti 3D particolarmente attraenti e pertinenti per vari campi, tra cui l’industria aerospaziale o i dispositivi medici.

Fino a poco tempo fa, il paradigma della stampa 3D basata sulla luce o della produzione additiva (AM) si basava principalmente sull’uso di una vasca di resina fotopolimerica liquida. Un raggio di luce ultravioletta (UV) polimerizza la resina uno strato alla volta, mentre una piattaforma sposta l'oggetto da realizzare verso il basso dopo che ogni nuovo strato si è indurito.

La luce UV viene scansionata in modo raster per solidificare la resina punto per punto oppure viene proiettata sulla resina polimerizzando l'intero strato in una sola volta. A causa della natura strato per strato del processo di stampa, queste tecniche AM basate sulla luce presentano importanti vincoli geometrici e limitazioni di produttività.

In un nuovo articolo pubblicato su Light: Advanced Manufacturing, un team di scienziati guidato dal professor Christophe Moser dell’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ha sviluppato una nuova tecnica per migliorare la qualità degli articoli stampati in 3D senza ingrandire i modelli proiettati.

Negli ultimi anni si è assistito all’emergere di diverse tecnologie di produzione additiva (VAM) completamente volumetriche che si allontanano dall’approccio strato per strato.

La fotopolimerizzazione a due fotoni rappresenta lo stato dell'arte della stampa volumetrica con la luce. Consente la fabbricazione di oggetti su microscala con una risoluzione laterale di 100 nm e una risoluzione assiale di 300 nm. Tuttavia, questo processo è lento, con una velocità di stampa di soli 1–20 mm3/h e richiede costose sorgenti laser a femtosecondi.

In definitiva, la risoluzione ottica della stampante determina la dimensione ottenibile del voxel stampato. Nel DLP e nel VAM tomografico, la risoluzione ottica è determinata nella migliore delle ipotesi dalle caratteristiche del modulatore utilizzato per modellare la luce, vale a dire il DMD.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato un chip DLP7000 della Texas Instruments che presenta sulla sua superficie Nx × Ny = 768 × 1.024 microspecchi disposti in una matrice rettangolare in grado di visualizzare immagini a 8 bit. L'immagine DMD è ingrandita di un fattore 1,66 nel sistema ottico della squadra. Il modello risultante sulla fiala è 1,74 cm × 2,33 cm con una risoluzione di 23 μm.

L'unico modo per aumentare le dimensioni degli oggetti stampati senza compromettere la risoluzione è spostare il DMD per la fiala o viceversa. Il team ha proposto di spostare il campione attorno al fascio di luce con una traiettoria elicoidale. Hanno dimostrato che la dimensione stampabile laterale può essere raddoppiata senza compromettere la risoluzione decentrando l'asse ottico rispetto all'asse di rotazione della vasca di fotoresina.

Insieme, questi due trucchi aumentano il numero di elementi costitutivi all'interno della fiala di un fattore fino a 12. I voxel stampati disponibili vengono utilizzati per stampare oggetti più grandi fino a 3 cm × 3 cm × 5 cm in pochi minuti.