Il “replicatore”: la stampante 3D del futuro

Non potrà mai competere con il replicatore che produce pasti a richiesta sulla USS Enterprise, ma può trasformare un liquido appiccicoso in oggetti utili e persino opere d’arte, come le versioni in miniatura de il Pensatore.

La versione del replicatore del mondo reale, soprannominata così proprio a seguito della sua versione “originale” del 24° secolo, sforna forme e componenti 3D dettagliati trasmettendone le immagini su un contenitore rotante riempito con un liquido appiccicoso che reagisce alla luce.

Un nuovo metodo di stampa 3D

I ricercatori hanno utilizzato il nuovo processo di stampa 3D per realizzare mascelle modello, piccoli piani e ponti e strutture più complesse come una palla all’interno di una gabbia. Nel filmato caricato da The Guardian, gli oggetti emergono dal fluido fotosensibile completamente formati in meno di due minuti.

Christopher Spadaccini, al Lawrence Livermore National Lab del governo degli Stati Uniti, ha detto di essere sorpreso dal modo in cui i primi oggetti si sono rivelati. “Sapevamo tutti che avevamo qualcosa di veramente eccitante.”

Le stampanti 3D tradizionali costruiscono strutture strato per strato, ma questo può lasciare piccoli passaggi sui lati degli oggetti stampati. Un altro inconveniente è che alcune forme, come gli archi, necessitano di supporti per riempire gli spazi vuoti man mano che la struttura viene costruita. Il nuovo processo, chiamato litografia assiale calcolata, produce oggetti con superfici lisce e rimuove la necessità di supporti.

Per stampare un oggetto, gli scienziati iniziano con una rappresentazione 3D da una scansione o da un disegno su un computer. Questo è convertito in una sequenza di immagini video che mostrano come appare l’oggetto da diverse angolazioni. Un proiettore quindi irradia le immagini una dopo l’altra sul contenitore rotante riempito con un polimero sensibile alla luce.

“Mentre il contenitore ruota, il modello proiettato cambia, quindi nel tempo la quantità di luce che ogni punto riceve può essere controllata”, ha detto Hayden Taylor all’Università della California, a Berkeley. I punti che ricevono molta luce si solidificano, quelli che ne ricevono di meno rimangono liquidi.

“La cosa fondamentale è che il video proiettato è perfettamente sincronizzato con la rotazione del contenitore”, ha detto Indrasen Bhattacharya, sempre a Berkeley. “Ad ogni particolare angolazione scegli una particolare immagine da proiettare.”

In laboratorio ci è voluto meno di un minuto per la stampante per creare un modellino di 2 cm di altezza della scultura Il Pensatore. L’articolo più grande che hanno realizzato è di circa 10 cm con dettagli di soli 0,3 mm. Il materiale lasciato da ogni tiratura viene drenato e riutilizzato, ha detto Hossein Heidari, un coautore dello studio pubblicato su Science.

Il futuro del “replicatore”

I ricercatori stanno ora esplorando quali prodotti possono produrre e quanto possono essere grandi. Oltre i modelli in scala per i progettisti, anche gli impianti dentali e le protesi mediche sono in lista. Ma il processo può anche stampare su oggetti esistenti, quindi aggiungere maniglie ergonomiche personalizzate a strumenti e attrezzature sportive e, in futuro, magari stampare anche idrogel chiari e morbidi attorno a piccoli circuiti elettronici per realizzare lenti a contatto.

Ian Campbell, che lavora sulla progettazione di prodotti computerizzati presso l’Additive Manufacturing Research Group presso la Loughborough University, ha detto che l’idea della “stampa volumetrica 3D” è in circolazione da un po ‘di tempo, ma questo era il primo sistema che aveva visto utilizzato proiezioni angolari per creare oggetti complessi.

“I vantaggi chiave sono i tempi ridotti e che non è necessario alcun supporto. Tuttavia, il secondo di questi vantaggi dipende dall’alta viscosità del materiale in resina utilizzato “, ha affermato. Se il liquido sensibile alla luce non è abbastanza spesso, le parti dell’oggetto che solidificano per prime potrebbero semplicemente affondare sul fondo del contenitore.

Ma c’è un “ma”

La principale limitazione del processo è che i polimeri fotoreattivi possono essere costosi e generalmente non vengono utilizzati per produrre prodotti reali. “Tuttavia, questi materiali si sono rivelati molto efficaci per la produzione di prototipi e questo nuovo sistema potrebbe anche inserirsi in questo segmento del mercato della stampa 3D”, ha affermato.

“Il sistema avrebbe bisogno di essere ampliato per avere un vantaggio commerciale per la maggior parte delle aziende, ma potrebbe essere di immediata utilità per le aziende che richiedono modelli di piccole dimensioni, come nel settore dentale e della gioielleria”, ha aggiunto Campbell.

Gli scienziati hanno l’abitudine di fare piccole repliche de Il Pensatore per mostrare le loro ultime scoperte. Più di un decennio fa i ricercatori coreani hanno fatto un passo in più rispetto alla minuscola copia di Willard Wigan, che poteva sedere su una capocchia di spillo, con una versione non più alta della metà della larghezza di un capello umano. Non è chiaro quante persone l’abbiano visto.