Dezvoltarea unei noi tehnici de imprimare 3D

VAM folosește modele de lumină pentru a crea dintr-o dată o structură completă în interiorul unei rășini lichide. (Imagine: Universitatea din Nottingham)

Cercetătorii de la Facultatea de Inginerie a Universității din Nottingham, împreună cu cei de la Universitatea din California, Berkeley, au reușit să îmbunătățească un tip de imprimare 3D numit Fabricație Aditivă Volumetrică (VAM). Practic, această tehnologie poate construi obiecte întregi în doar câteva secunde sau minute. Spre deosebire de imprimarea 3D obișnuită, care adaugă material strat cu strat, VAM permite imprimarea completă a obiectelor și, în același timp, controlează temperatura reacției chimice, astfel încât procesul să fie mai stabil.

Eduards Krumins, cercetător în cadrul Grupului de Cercetare pentru Fabricație Aditivă, explică: „În studiul nostru am adus o abordare chimică nouă pentru VAM, numită polimerizare prin Transfer în Lanț prin Fragmentare prin Adiție Reversibilă (RAFT), ca să rezolvăm problema căldurii.

Mai pe înțelesul tuturor, acest sistem acționează ca un fel de «regulator» intern pentru reacție, încetinind și gestionând formarea materialului. Asta ajută la prevenirea creșterilor bruște de temperatură și menține procesul de imprimare stabil și previzibil.”

Spre deosebire de metoda clasică unde obiectul se formează strat cu strat, VAM folosește modele de lumină pentru a crea întreaga structură dintr-o dată, direct în rășina lichidă. Astfel, imprimarea se face mult mai rapid, iar formele complexe, greu de realizat prin metodele obișnuite, devin accesibile. În plus, nu mai apare problema delaminării între straturi, care se întâmplă adesea la imprimarea 3D standard, tocmai pentru că nu se lucrează pe straturi succesive.

Totuși, procesul a avut mereu o limitare serioasă: căldura generată de reacția chimică din timpul imprimării. Temperaturile pot ajunge și la peste 60°C, iar asta poate scăpa de sub control, ducând la deformări, pierderi de detalii și limitări ale dimensiunii pieselor finale.

Cu toate astea, ultimele rezultate arată clar că temperatura acumulată în timpul imprimării a scăzut, iar problemele termice care distorsionau structurile imprimate sunt mult mai rare. Cercetătorii au reușit să imprime mai multe piese simultan, cu spații de aproximativ 150 de micrometri între ele  ceea ce reprezintă un salt important față de VAM-ul clasic și ar putea crește mult eficiența tehnologiei atunci când este folosită cum trebuie.

Chimia RAFT mai are un avantaj: obiectele imprimate păstrează zone reactive care pot fi modificate sau îmbunătățite ulterior. Asta înseamnă că după imprimare se pot adăuga noi funcții, cum ar fi straturi anti-murdărie sau antibacteriene.

Derek Irvine, profesor de Chimie a Materialelor la Departamentul de Inginerie Chimică și de Mediu, spune: „Ceea ce am făcut aici schimbă radical regulile jocului pentru imprimarea 3D volumetrică. Devine mai stabilă și mai flexibilă, iar designurile sau funcțiile care până acum erau imposibile devin realizabile. Ne gândim deja la o mulțime de aplicații, dar una dintre cele mai interesante ar putea fi în domeniul medical, mai ales pentru viitoarele tehnologii de bioimprimare. Acum încercăm să găsim soluții pentru a scala acest proces, ca să poată fi folosit pe scară largă în industrie și în viața de zi cu zi.”

Cercetarea a fost publicată în revista Nature Communications, care este cu acces deschis și evaluată de specialiști.