Un team di scienziati del Virginia Polytechnic Institute and State University ha sviluppato la Binder Jetting 3D printer, una stampante 3D in grado di realizzare il rame, uno dei più ricercati ed efficienti materiali metallici.
Conduttore perfetto e poco costoso di calore ed elettricità, il rame è uno dei metalli più usati al mondo, soprattutto nel campo dell’elettronica. Tuttavia, essendo relativamente morbido, è stato finora difficile usarlo nella stampa 3D. Uno dei maggiori problemi che il rame si trova ad affrontare, è che la stampa 3D crea sacche di aria microscopica nelle parti dell’oggetto, il che danneggia la robustezza delle parti stesse. Tuttavia, la nuova 3D printer pensata dal prof. Christopher Williams e dal dottorando Bai Yun, sembra risolvere con successo tali problemi.
L’idea nasce dalle problematiche che spesso si incontrano nella progettazione dei sistemi di gestione termica ad alta efficienza, come hanno spiegato gli stessi ricercatori: “I progressi in questo campo, sono spesso ostacolati da un’incapacità dell’additive manufacturing di realizzare strutture complesse utilizzando come materiale il rame. Da qui abbiamo studiato una Binder Jetting che sia in grado di realizzare il rame. Si tratta di un processo di fabbricazione layer by layer, che offre una libertà di progettazione massima nella realizzazione di geometrie complesse.”.
Quello che, quindi, Christopher Williams e Bai Yun, insieme al loro team di ricercatori, stanno facendo è stampare rame, nel vero senso della parola. L’innovativa 3D printer, infatti, dispone di una testina di stampa a getto d’inchiostro aggiuntivo che aggiunge un ulteriore livello di legante durante la stampa 3D, come i ricercatori stessi spiegano: “Stiamo lavorando a un processo chiamato binder jetting durante il quale usiamo una testina a getto d‘inchiostro con getto di colla che viene selettivamente posizionata su una superficie di rame in polvere, uno strato alla volta. Quando uno strato è stampato, viene diffuso un nuovo livello di polvere sulla parte superiore del layer precedente. Lo strato successivo viene quindi stampato ed è attaccato al livello precedente grazie al legante. La restante polvere sciolta nel letto, supporta strutture sovrastanti e viene rimossa con l’aria compressa in post elaborazione. Le parti vengono poi indurite a temperatura superiore, prima della sinterizzazione del rame, in modo da ottenere la forza e densità richiesta.”.
Binder Jetting è adatto anche per parti di rame molto complesse, in quanto non richiede alcuna struttura di sostegno ed è scalabile a quasi qualsiasi formato di stampa.
I test per l’innovativo processo, sono stati effettuati con ExOne, un legante ampiamente usato per molti metalli. Tale polimero, inoltre, s’indurisce dopo il riscaldamento in modo da fornire una resistenza soddisfacente, prima del processo simile a quello di sinterizzazione. Finora, i test sono stati un grande successo, come rivelano gli stessi scienziati: “Con un range di temperatura da 1060° C a 1090° C, la densità dei sinterizzati e il ritiro del pezzo è proporzionale alla temperatura. L’atmosfera di sinterizzazione riduzione può raggiungere un grado di purezza fino al 97,3%”.
Per affrontare l’ostacolo delle sacche d’aria, il team sta attualmente lavorando a un modo per aggiungere un legante nella colla polimerica che riempia queste parti microscopiche su ogni strato. Un sistema che, una volta messo a punto, potrebbe aumentare notevolmente il numero di utilizzi del rame stampato in 3D, come ha detto lo stesso Williams. “Speriamo di essere in grado di condividere presto questi risultati e consentire ad ingegneri e progettisti di ideare nuovi prodotti in rame per applicazioni energetiche, termiche, strutturali, qualunque sia la loro complessità.”.
Purtroppo ci vorranno almeno cinque anni prima che questo innovativo processo possa essere integrato nelle macchine commerciali. Tuttavia, se davvero il Binder Jetting aprirà la strada ad innovazioni a lungo termine nei settori più disparati – dall’elettronica di consumo fino alle applicazioni aerospaziali –, allora sarà valsa la pena di aspettare.
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