Vetro dalla stampante 3D

Produrre oggetti in vetro con un processo di stampa 3D non è facile. Solo pochi gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno tentato di produrre vetro con processi additivi. Alcuni di loro hanno creato oggetti stampando vetro fuso. Lo svantaggio è che richiede temperature molto elevate e attrezzature resistenti al calore. Altri hanno utilizzato particelle di ceramica in polvere, che possono essere stampate a temperatura ambiente e successivamente sinterizzate in vetro. Tuttavia, la complessità degli oggetti prodotti con questi materiali è stata finora piuttosto bassa.

I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno scelto un modo diverso per produrre oggetti complessi in vetro con la stampa 3D. Il loro nuovo processo si basa sulla stereolitografia, una delle prime tecniche di stampa 3D degli anni Ottanta. I ricercatori David Moore, Lorenzo Barbera e Kunal Masania del Complex Materials Group della Fare all'ETH André Studart hanno sviluppato una resina speciale. Questa è composta da plastica liquida e da un silossano. Ne riferiscono nell'ultimo numero della rivista scientifica "Nature Materials".

La luce fa crescere l'oggetto

La resina può essere lavorata con un dispositivo di stereolitografia disponibile in commercio. I modelli di luce UV vengono proiettati sulla resina. La resina si indurisce dove la luce la colpisce. Questo avviene perché i due componenti della resina si separano completamente nei punti esposti: i monomeri plastici formano una struttura polimerica a labirinto e le molecole del silossano riempiono gli spazi tra i labirinti.

Un oggetto può essere costruito strato per strato. I ricercatori possono modificare vari parametri per ogni strato, come la dimensione dei pori: Un'intensità luminosa debole crea pori grandi, un'irradiazione forte crea pori piccoli. "Abbiamo scoperto questa possibilità per caso, ma possiamo usarla per modificare in modo specifico la dimensione dei pori negli oggetti", spiega Masania.

I ricercatori possono anche modificare la microstruttura dell'oggetto strato per strato aggiungendo borato o fosfato alla resina. In questo modo è possibile produrre oggetti composti da diversi tipi di vetro.

I ricercatori devono poi sparare un pezzo grezzo prodotto in questo modo a due diverse temperature: A 600 gradi Celsius per bruciare l'impalcatura polimerica, e poi a circa 1000 gradi Celsius per compattare gli oggetti in vetro. Durante la cottura gli oggetti si restringono notevolmente, ma diventano trasparenti e duri come il vetro di una finestra.

Applicazione speciale in primo piano

Gli oggetti di vetro stampati in 3D non sono ancora più grandi di un cubo giocattolo. Oggetti di vetro di grandi dimensioni come bottiglie, barattoli o vetri di finestre non possono essere prodotti in questo modo, il che non era lo scopo di questo lavoro, sottolinea Masania.

L'obiettivo era piuttosto quello di dimostrare la fattibilità della produzione di oggetti in vetro con geometrie complesse 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 trattativa con un rivenditore svizzero di articoli in vetro che vorrebbe utilizzare la tecnologia nella sua azienda.