“Coltivare” metalli nell’idrogel: rivoluzione nella stampa 3D

by Alessandra Caraffa

Cambio di paradigma per la manifattura additiva: adesso ceramiche e metalli possono “crescere” all’interno di un idrogel stampato in 3D Sezione trasversale di un idrogel infuso di rame con il nuovo metodo di manifattura additiva (Foto: ALCHEMY EPFL / CC BY SA) I ricercatori dell’EPFL hanno sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D che permette di “coltivare” ceramiche e metalli all’interno di un idrogel. In questo processo, dei sali metallici vengono infusi in un gel a base d’acqua e poi convertiti chimicamente in nanoparticelle contenenti metallo che penetrano all’interno della struttura originaria, assumendone la forma. Stampa 3D dei metalli: i limiti della fotopolimerizzazione in vasca Nei materiali strutturati (o architected materials), i tradizionali confini della chimica vengono superati grazie a geometrie e microstrutture interne che conferiscono ai materiali proprietà meccaniche, termiche o funzionali decisamente inusuali. In questo contesto, la manifattura additiva è considerata una tecnologia abilitante, in quanto capace di riprodurre fedelmente geometrie tridimensionali molto complesse con grande precisione e a costi ragionevoli. Tra le diverse tecnologie esplorate, la fotopolimerizzazione in vasca (Vat Photopolymerization, o VPP) è sembrata decisamente promettente, in quanto veloce ed estremamente precisa. In questo processo di stampa 3D, una resina fotosensibile viene versata in una vasca e successivamente indurita selettivamente nella forma desiderata utilizzando un laser o una luce UV. Basandosi sulla fotosensibilità del materiale, però, questa tecnica viene applicata principalmente ai polimeri fotosensibili, cosa che ne limita molto la portata in termini di applicazioni pratiche. Per superare queste limitazioni, sono stati sviluppati dei metodi di stampa 3D capaci di convertire questi polimeri in metalli e ceramiche: uno dei più noti prevede l’aggiunta di particelle ceramiche finissime in sospensione nel mezzo fotopolimerizzabile. Le particelle ceramiche vengono così circondate uniformemente da quelle plastiche, sensibili alla luce. La fotopolimerizzazione, strato su strato, genera il “corpo verde”, che poi va ripulito dal legante polimerico e infine sinterizzato ad altissime temperature per diventare più denso e compatto. I materiali così prodotti, però, presentano dei seri limiti strutturali. Come spiega Daryl Yee, responsabile del Laboratorio di Chimica dei Materiali e della Produzione presso la Facoltà di Ingegneria dell’EPFL a Neuchâtel, “Questi materiali tendono a essere porosi, il che ne riduce significativamente la resistenza, e i componenti subiscono un restringimento eccessivo, che causa deformazioni”. Esiste però una strategia alternativa, che il team di Yee ha deciso di indagare. “Coltivare” metalli e ceramica nell’idrogel: un nuovo paradigma Come si legge nello studio recentemente pubblicato sulla rivista Advanced Materials, l’uso di soluzioni acquose di sali metallici si è andato affermando come un’alternativa…