Nuovi modi di stampare in 3D: dalla fibra di carbonio alle batterie al litio

La vera sfida delle stampanti 3D non riguarda i macchinari in sé, ma i materiali.

Se avete usato una delle stampanti 3D attuali, avrete notato che c'è un limite in quello che potete fare: se il vostro desiderio è sempre stato quello di possedere un piccolo modello personalizzato in plastica economica siete fortunati, ma non potere fare molto altro.

Questo stato di cose dovrebbe cambiare, dal momento che i maker hanno intenzione di espandere i materiali utilizzabili dalle stampanti 3D. Al CES Makerbot ha annunciato che entro l'anno saranno disponibili per la stampa 3D materiali composti di bronzo, legno d'acero e ferro, e hanno in progetto di stampare con nuovi materiali come legno sintetico e fibra di carbonio.

Una delle compagnie in prima linea in questo campo è Voxel8, con prodotti basati sul materiali su cui ha lavorato la ricercatrice di Harvard Jennifer Lewis. La tecnologia di Voxel8 di stampa in 3D Direct Write permette di ottenere una "pasta viscosa" a temperatura ambiente utilizzando sistemi pneumatici o volumetrici.

"Siamo riusciti a far uscire in modo efficace questa pasta dalle siringhe," mi ha detto il co-fondatore della compagnia Daniel Oliver. "La cosa interessante di Direct Write è che espande il pallet di materiale, in modo da permettere di stampare materiali diversi su una piattaforma hardware simile, ed è in grado di stampare una grande varietà di materiali, più di qualsiasi stampante di cui io sia a conoscenza."

La loro prima stampante, che costa 8.999 dollari, utilizza sia polimeri termoplastici che inchiostri argento conduttivi, che permettono di stampare componenti elettroniche—Voxel8 ha mostrato come sia possibile stampare un quadricottero perfettamente funzionante in una volta sola (soltanto le pale vanno attaccate separatamente).

Nel laboratorio di Lewis, la ricercatrice ha stampato batterie al litio, resine epossidiche, cere e anche seta, ha affermato Oliver, e parti biomediche. "È una piattaforma molto flessibile adatta a stampare molti materiali."

Non è l'hardware ciò che ostacola l'uso di più materiali—la stampante di Voxel8 è un design modulare, quindi puoi semplicemente metterci i materiali che ti servono.

"L'innovazione risiede nella scienza dei materiali dietro ai materiali che stai stampando," ha affermato Oliver. "Non è cosa da poco ottenere un inchiostro conduttore con le specifiche corrette. Deve essere controllabile attraverso un erogatore, ma non deve essere liquido quando lo metti su una base, e deve essere stampato e solido a temperatura ambiente in modo che non ci sia bisogno di trattarlo e possa essere stampato assieme a un altro materiale."

Prendete l'inchiostro conduttivo, una formula del laboratorio di Lewis. Mischiato in esso, assieme all'argento, c'è un solvente che evapora a temperatura ambiente, facendo solidificare il liquido in un filamento. Questo significa che non serve il calore né una luce speciale, e puoi stampare componenti elettroniche ricoprendole poi con plastica prima di continuare a stampare.​

La combinazione di materiali supportati dalla stampante Voxel8—plastica e inchiostro conduttivo—è fondamentale, afferma Alex Chausovsky, un esperto di stampa 3D presso la IHS Technology. "Questa capacità di stampare diverse varietà di materiali—plastica, circuiti, metalli, ceramiche, materiali compositi—in una volta sola credo sarà il grande trend dei prossimi anni in questo campo," ha affermato.

Questo è già possibile per alcune stampanti industriali. Stratasys ha lanciato la prima stampante multi-materiali nel 2009. La Objet500 Connex, che costa 250.000 dollari, può stampare parti con sezioni sia rigide che flessibili, afferma John Jones, manager della compagnia. "Che sia una spazzola, con un manico rigido e le setole individuali morbide o un trapano con un manico morbido e una struttura rigida, per la prima volta designer e ingegneri sono stati in grado di produrre prototipi multimateriali che vengono prodotti fatti e finiti con un clic," ha affermato.

L'ultima versione, la Connex3, permette di stampare un pezzo utilizzando diversi materiali—rigidi e flessibili, trasparenti e opachi—con una sola stampa, scegliendo da migliaia di sostanze. "Per fare ciò un altro macchinario richiederebbe di stampare individualmente ogni materiale e assemblarlo, quindi capirete perché questa tecnologia è rivoluzionaria per risparmiare tempo nel processo di design e di produzione," afferma Jones.

Unite questo alla capacità della stampante di Voxel8 di stampare con inchiostri conduttivi, e siamo sulla buona strada per il replicatore di Star Trek, nota Chusovsky, con cui basta premere un bottone per stampare dispositivi. "Il motivo per cui è così attraente questa tecnologia è che ti permetterebbe di andare dalla macchina e dire "vorrei una tazza di caffè" o "vorrei una mela" e ottenere ciò che vuoi," afferma.

Ma finché la scienza dei materiali non si aggiorna, dovremo fare le nostre tazze e i nostri caffè separatamente.