Scienziati hanno sviluppato un nuovo tipo di inchiostro per la stampa 3D, può essere estruso come un liquido e poi solidificarsi rapidamente quando entra in contatto con una soluzione di acqua salata. Il metodo potrebbe rendere la stampa 3D molto più efficiente e sostenibile, riducendo il tempo e l’energia necessari per produrre oggetti complessi.
Sviluppato dal Prof. Jinhye Bae e dai colleghi dell’Università della California di San Diego, incorpora una soluzione polimerica liquida chiamata poli(N-isopropilacrilammide) – o PNIPAM, in breve. Materiali funzionali, come nanotubi di carbonio o fiocchi di grafene, possono essere mescolati al liquido.
PNIPAM poiché inizialmente è piuttosto liquido, può essere facilmente estruso da un ago con pochissima forza, quando l’inchiostro viene estruso in una soluzione di acqua salata di cloruro di calcio, gli ioni di sale estraggono immediatamente le molecole d’acqua dall’inchiostro: è un fenomeno noto come “salting out” (è una procedura che consente di separare le proteine dal loro solvente mediante precipitazione indotta da un’elevata concentrazione salina). Le catene polimeriche idrofobiche (idrorepellenti) rimaste nell’inchiostro si raggruppano, facendo sì che l’inchiostro diventi immediatamente solido.
Il metodo PNIPAM a differenza della stampa DIW convenzionale, non richiede l’uso di sostanze chimiche post-stampa, può essere eseguito a temperatura ambiente, non solo, come ulteriore vantaggio, se lo si desidera, gli oggetti solidi stampati possono essere successivamente riconvertiti in PNIPAM liquido utilizzabile.
La tecnologia è già stata utilizzata per realizzare un circuito stampato utilizzato per alimentare una lampadina.
Lo studio di ricerca, che ha coinvolto anche scienziati della Hanyang University in Corea, recentemente è stato pubblicato nella rivista Nature Communications. È possibile vedere nel video qui sotto l’inchiostro che si forma istantaneamente in bobine solide.
Il nuovo inchiostro oltre a rendere la stampa 3D più veloce e semplice, offre diversi vantaggi:
Sostenibilità – L’inchiostro è progettato per essere ecologico, riducendo l’impatto ambientale rispetto ai materiali tradizionali.
Versatilità – Può essere utilizzato per creare una vasta gamma di oggetti con diverse proprietà meccaniche e fisiche.
Precisione – La solidificazione rapida a contatto con l’acqua salata permette una maggiore precisione nella stampa di dettagli complessi.
Efficienza Energetica – Riduce il consumo di energia necessario per la stampa, poiché non richiede alte temperature per la solidificazione.
La solidificazione dell’inchiostro avviene grazie a una reazione chimica, quando l’inchiostro liquido viene estruso e entra in contatto con una soluzione di acqua salata, gli ioni presenti nell’acqua salata interagiscono con i componenti dell’inchiostro, causando una rapida solidificazione, questo processo è noto come gelificazione ionica.
La gelificazione ionica è un processo chimico in cui un liquido si trasforma in un gel solido grazie all’interazione con ioni specifici. Ecco come funziona:
Polimeri nel liquido – L’inchiostro contiene polimeri, che sono lunghe catene di molecole.
Interazione con ioni – Quando il liquido entra in contatto con una soluzione contenente ioni (come l’acqua salata), questi ioni interagiscono con i polimeri.
Formazione di legami – Gli ioni causano la formazione di legami tra le catene polimeriche, creando una rete tridimensionale.
Solidificazione – Questa rete tridimensionale trasforma il liquido in un gel solido.
È un processo rapido, permette di ottenere una solidificazione precisa, ideale per applicazioni come la stampa 3D. La gelificazione ionica è utilizzata anche in altri campi, come la produzione di alimenti e farmaci.
Ecco una spiegazione più dettagliata:
Estrusione – L’inchiostro viene estruso dalla stampante 3D come un liquido.
Contatto con l’acqua salata – L’inchiostro entra in contatto con una soluzione di acqua salata.
Reazione chimica – Gli ioni nell’acqua salata (come sodio e cloruro) reagiscono con i polimeri presenti nell’inchiostro.
Solidificazione – Questa reazione chimica provoca la formazione di legami tra le molecole dell’inchiostro, trasformandolo rapidamente da liquido a solido.
Il nuovo metodo permette di ottenere una solidificazione rapida e precisa, ideale per la stampa di oggetti complessi con dettagli fini.
