Vetro stampato in 3D

Vari oggetti di vetro creati con una stampante 3D. Credit: Group for Complex Materials / ETH Zurich

I ricercatori dell’ETH hanno usato un processo di stampa 3D per produrre oggetti di vetro complessi e altamente porosi. La base è una resina speciale che può essere polimerizzata con la luce UV.

Produrre oggetti di vetro utilizzando la stampa 3D non è facile. Solo pochi gruppi di ricercatori in tutto il mondo hanno tentato di produrre vetro usando metodi additivi. Alcuni hanno realizzato oggetti stampando vetro fuso, ma lo svantaggio è che questo richiede temperature estremamente elevate e attrezzature resistenti al calore. Altri hanno usato particelle di ceramica in polvere che possono essere stampate a temperatura ambiente e poi sinterizzate successivamente per creare il vetro; tuttavia, gli oggetti prodotti in questo modo non sono molto complessi.

I ricercatori del Politecnico di Zurigo hanno ora utilizzato una nuova tecnica per produrre oggetti di vetro complessi con la stampa 3D. Il metodo si basa sulla stereolitografia, una delle prime tecniche di stampa 3D sviluppate negli anni ’80. David Moore, Lorenzo Barbera e Kunal Masania del gruppo Complex Materials guidato dal processore dell’ETH André Studart hanno sviluppato una resina speciale che contiene una plastica e molecole organiche a cui sono legati i precursori del vetro. I ricercatori hanno riportato i loro risultati nell’ultimo numero della rivista Natural Materials.

Luce usata per “crescere” oggetti

La resina può essere elaborata utilizzando la tecnologia Digital Light Processing disponibile in commercio. Questo comporta l’irradiazione della resina con modelli di luce UV. Ovunque la luce colpisca la resina, questa si indurisce perché i componenti sensibili alla luce della resina polimerica si incrociano nei punti esposti. I monomeri plastici si combinano per formare una struttura a labirinto, creando il polimero. Le molecole portanti della ceramica riempiono gli interstizi di questo labirinto.

Un oggetto può così essere costruito strato per strato. I ricercatori possono cambiare vari parametri in ogni strato, compresa la dimensione dei pori: un’intensità di luce debole produce pori grandi; un’illuminazione intensa produce pori piccoli. “Abbiamo scoperto questo per caso, ma possiamo usarlo per influenzare direttamente la dimensione dei pori dell’oggetto stampato”, dice Masania.

Processo del vetro stampato in 3D

Il bianco (a sinistra) viene cotto a 600 gradi per eliminare la struttura plastica. In una seconda fase di cottura, l’oggetto diventa vetro (a destra). Credit: Group for Complex Materials / ETH Zurich

I ricercatori sono anche in grado di modificare la microstruttura, strato per strato, mescolando la silice con borato o fosfato e aggiungendola alla resina. Oggetti complessi possono essere fatti con diversi tipi di vetro, o anche combinati in uno stesso oggetto usando la tecnica.

I ricercatori sparano poi il bianco prodotto in questo modo a due diverse temperature: a 600˚C per bruciare la struttura polimerica e poi a circa 1000˚C per densificare la struttura ceramica in vetro. Durante il processo di cottura, gli oggetti si restringono notevolmente, ma diventano trasparenti e duri come il vetro delle finestre.

Presentata domanda di brevetto

Questi oggetti di vetro stampati in 3D non sono ancora più grandi di uno stampo. Oggetti di vetro di grandi dimensioni, come bottiglie, bicchieri o finestre, non possono essere prodotti in questo modo – che non era in realtà l’obiettivo del progetto, sottolinea Masania.

L’obiettivo era piuttosto quello di dimostrare la fattibilità di produrre oggetti di vetro di geometria complessa utilizzando un processo di stampa 3D. Tuttavia, la nuova tecnologia non è solo un espediente. I ricercatori hanno richiesto un brevetto e sono attualmente in trattative con un importante commerciante svizzero di articoli in vetro che vuole utilizzare la tecnologia nella sua azienda.

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