La ricerca del vetro stampato in 3D culmina al Mediated Matter Lab del MIT

Possiamo stampare in 3D con circa 50 differenti tipi di filamenti a base di termopolimeri, quasi 300 resine fotopolimeriche, almeno 15 differenti polveri di metalli, alcune dozzine di paste e idrogel. Qual è il collegamento mancante qui? Se avete detto il vetro avete ragione!

Il vetro è uno dei materiali che usiamo maggiormente per la sua versatilità, l’eccellente compatibilità col cibo e l’eleganza ma stamparlo in 3D si è dimostrato, a dir poco, difficile fino ad oggi. Ora però il Mediated Matter Lab della professoressa Neri Oxman al MIT, una delle personalità più di spicco nell’industria sperimentale della stampa 3D, ha presentato una nuova tecnologia, battezzata G3DP (Glass 3D Printing) che permette non solo di stampare in 3D con il vetro ma anche di realizzare oggetti esteticamente ineccepibili.

Andiamo quindi a scoprire come si è evoluta la ricerca del vetro stampato in 3D negli ultimi anni, in cui molte società avevano cercato di stampare vetro in 3D ma non erano riusciti a creare qualcosa veramente pratico, se non alcune imitazioni di vetro fatte di materiale plastico. Ultimamente questa ricerca si è intensificata con nuove società, quali ad esempio l’israeliana Micron3DP, che hanno iniziato a percorrere nuove strade per rendere il vetro stampabile.

Guardare ma non toccare

Prima di parlare di come stamparlo in 3D, sapete che cosa è il vetro?

La maggior parte di quello che chiamiamo vetro è composto da una miscela di  calcare, soda e silicio (fondamentalmente sabbia). Questi componenti sono facilmente reperibili in natura e sono praticamente gratuiti.  Sembra quindi logico che una delle prime – se non l’unica – tra le realtà industriali a sviluppare realmente un sistema di stampa 3D del vetro sia stata ExOne, un produttore tedesco di stampanti 3D che usa un processo di stampa 3D binder jetting.

exone

Questo significa che le particelle di polvere di vetro presenti nel calcare e nella soda vengono incollate assieme e poi . sinterizzate in una fornace. Sebbene il risultato del vetro stampato 3D di ExOne sia meraviglioso da un punto di vista geometrico, non mancano  i problemi. Gli oggetti 3D sono opachi, fragili e grossolani al tatto, rendendoli ideali soprattutto per sculture e progetti artistici.

Il bicchiere mezzo vuoto

hpLa ricerca della stampa 3D del vetro è iniziata realmente nel 2012, quando HP ha pubblicato un documento sulla “Stampa 3D del vetro trasparente”. Questo ha provocato la nascita di alcune voci sul fatto che la società stesse lavorando su una stampante 3D di vetro (voci non ancora morte, anche dopo l’annuncio della nuova tecnologia di stampa 3D a colori che non ha nulla a che fare col vetro).

HP ha analizzato sia la stampa 3D estrusiva di una pasta di vetro sia i processi di stampa 3D di un letto di polveri ( simile a quello di  ExOne). Entrambi richiedono un processo successivo di riscaldamento in una fornace (Warm Glass 3D Printing), come anche  la miscelazione del vetro con resine polimeriche (Cold Glass 3D Printing).

In tutti i casi i primi risultati sono stati mediocri, per usare un eufemismo, in termini di risoluzione e trasparenza.

Post-post-post processo

morrisonL’artista  Alex Morrison ha scelto un diverso approccio: ha usato una normale stampante 3D MakerBot per costruire le parti che aveva creato in 3D. Ha poi creato uno stampo in gomma e creato copie in cera. Queste le ha poi usate per un nuovo calco in gesso e silicio che riempie di pepite di vetro. Il tutto poi viene messo sul fuoco per permettere al vetro di fondersi e creare l’oggetto finale.

Questo processo permette a Morrison di creare i pezzi unici di cui ha bisogno per i suoi lavori in vetro, anche se è chiaro che questo processo sarebbe molto difficile da implementare nella produzione seriale di componenti

La rivoluzione del quasi-vetro

Viste le difficoltà nello stampa 3D del vetro vero, molti produttori di stampanti 3D stanno lavorando su sostituti simili al vetro, basati su polimeri trasparenti.

prodways skull red

Stratasys, 3D Systems e altri produttori come EnvisionTEC e Prodways offrono resine ad alta trasparenza. Tra queste la RGD720 di Stratasys e la VeroClear-RG810, che in realtà simulano altre termoplastiche trasparenti chiamate PMMA, oppure la Accura ClearVue Free SL7870 di 3D System.

EnvisionTEC ha la resina ClearGuide mentre Prodways offre la  PLASTCure Clear 100 e ce ne sono molte altre (ne esistono almeno 75 livello industriale).

stratasys lens

Lo stesso si può dire per l’arena dei filamenti per le stampanti 3D desktop. Mentre prodotti trasparenti come il T-Glase e l’XT di colorFabb sono sul mercato da parecchio tempo e mentre  PET e PETG raggiungono un buon grado di trasparenza,  FormFutura ha compiuto un passo avanti annunciando il suo filamento HD Glass.

Si tratta di un PETG modificato reso sicuro per gli alimenti e più facile da stampare di altri termoplastici trasparenti. HD sta per “heavy duty” e FormFutura afferma che è resistente alle alte temperature oltre a permettere il passaggio del 90% della luce.

Una svolta nel vetro

micron3dpUna società israeliana chiamata Micron3DP ha recentemente annunciato una svolta nella stampa 3D del vetro caldo attraverso un processo estrusivo. Il sistema lavora come una stampante 3D a estrusione di filamento, solo a temperature molto più elevate, fino a 850° C, per sciogliere i materiali costitutivi del vetro in un filamento che, raffreddandosi, forma gli strati dell’oggetto.

La tecnologia Micron3DP può in realtà raggiungere i 1.640° C e fondere il vetro borosilicato, un tipo di vetro resistente al caldo che aggiunge acido borico nella sua composizione. Il rovescio della medaglia è dato dal fatto che, come molti dei sistemi estrusivi, la risoluzione e le complessità geometriche dei prodotti finali sono limitate, rendendo così le stampe 3D non una scelta ideale per i produttori di oggetti finali e funzionali

Tanti sogni infranti?

Ora però ci si è messo il Mediated Matter lab e si fa davvero sul serio. Questo video da un’idea di quello che Oxman e il suo tema sono stati in grado di realizzare.

G3DP è un processo di manifattura additiva che permette di stampare vetro otticamente trasparente. La geometria dell’oggetto realizzato può inoltre essere manipolata in modo da guidare; limitare o facilitare la trasmissione della luce di controllo, attivando riflessione e rifrazione, e quindi porta implicazioni significative per tutti gli oggetti in vetro.

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La stampante 3D del Mediated Matter Lab è basata su una doppia camera riscaldata. la camera superiore agisce come fornace, mentre quella inferiore viene usata per dare la forma agli oggetti stampati. La fornace arriva a circa 1.900 °F e può contenere materiale sufficiente per costruire un singolo componente.

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Il materiale fuso viene poi estruso attraverso un ugello di alluminio-zirconia-silicio e culmina in un progetto che sintetizza  e unisce le moderne tecnologie, con gli strumenti per la lavorazione del vetro sviluppati nei secoli, andando a creare un processo che permetterà di realizzare nuovi oggetti di vetro con numerose potenziali applicazioni.

Sarà abbastanza per decretare la fine del Tupperware?

Forse no, però la ricerca del vetro stampato in 3D è ancora solo agli inizi.

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