Da zero: portare la tecnologia di stampa 3D al livello successivo

Un bagno di supporto utilizzato per sostenere l'integrità strutturale dei tessuti stampati, consentendo la stampa con complessità anatomiche. Credito: Patrick Mansell/Penn State. Creative Commons

21 marzo 2022

Di Sara LaJeunesse

Timothy Simpson è l'orgoglioso proprietario di un orologio da polso personalizzato, uno dei pochi realizzati interamente negli Stati Uniti al giorno d'oggi. Creato da Vortic Watch Company, un'azienda di proprietà dell'alunno della Penn State RT Custer, il pezzo è un bellissimo orologio da tasca del 1908 realizzato a Waltham, Massachusetts, racchiuso in un guscio esterno in titanio stampato in 3D e dotato di un cinturino in pelle personalizzato.

Con la stampa 3D, “Vortic è stata in grado di dare nuova vita a un oggetto antico e creare un bene di lusso di fascia alta di nicchia”, ha affermato Simpson, capo dipartimento ad interim della School of Engineering Design, Technology, and Professional Programs e professore Paul Morrow. in progettazione ingegneristica e produzione.

Gran parte del fascino della tecnologia, ha aggiunto Simpson, è che consente un livello di personalizzazione non possibile con la produzione tradizionale. Con la stampa 3D, Vortic può creare raccordi in titanio personalizzati per ogni orologio unico utilizzando la stessa macchina ed effettuando gli ordini dopo aver ricevuto il pagamento. Per Custer e un numero crescente di altri, la stampa 3D ha abbassato le barriere alla produzione.

"Democratizza l'imprenditorialità, soprattutto per le startup basate sull'hardware", ha affermato Simpson. "Gli imprenditori non devono necessariamente investire milioni di dollari in macchinari e attrezzature. Possono semplicemente acquistare un paio di stampanti e iniziare a produrre".

"Dal punto di vista delle capacità, siamo tra le principali istituzioni al mondo nella produzione additiva."

Tim Simpson, professore Paul Morrow di progettazione ingegneristica e produzione

Infatti, per circa 150 dollari, chiunque può uscire da un Walmart con una stampante 3D in grado di creare una gamma crescente di strumenti, giocattoli e altri ninnoli. Negli ultimi anni, tuttavia, la tecnica è diventata notevolmente più sofisticata; i suoi prodotti vanno oltre i semplici cianfrusaglie in plastica per includere articoli high-tech fabbricati in metallo, cemento, argilla e persino biomateriali. I ricercatori della Penn State sono all’avanguardia nel campo ora noto come produzione additiva e lavorano per migliorare le capacità della stampa 3D con l’obiettivo di affrontare problemi urgenti nella salute umana, nell’edilizia abitativa e nei trasporti, tra le altre aree.

Un gioco diverso

“Chiunque può acquistare una stampante, imparare a inserire il materiale e partire, ma progettare parti che sfruttano davvero la stampa 3D – quindi sono migliori, più veloci e più economiche rispetto ai componenti realizzati in modo tradizionale – è un’altra cosa”, ha affermato Simpson. "Devi comprendere l'economia, i materiali, il design, il processo. È uno sport di contatto; devi stare fianco a fianco e parlare con esperti in molte altre discipline per fare davvero bene la produzione additiva."

La capacità dei ricercatori della Penn State di fare proprio questo – collaborare con colleghi di diverse discipline per affrontare ogni componente di un problema e la sua soluzione – è un punto di forza dell'Università, ha affermato Simpson. "Per questo motivo", ha aggiunto, "dal punto di vista delle capacità, siamo tra le principali istituzioni al mondo nella produzione additiva e di conseguenza continuiamo ad espanderci in nuove aree".

Il termine produzione additiva, ha spiegato Simpson, descrive l’uso della stampa 3D per realizzare componenti funzionali in un contesto produttivo. Il processo è "additivo" perché produce un oggetto costruendolo uno strato alla volta. "Pensate all'acqua che gocciola dal soffitto di una grotta e deposita sottili strati di minerali per formare stalagmiti sul pavimento della grotta", ha detto. Al contrario, la produzione sottrattiva crea componenti rimuovendo materiale fino al completamento della parte finale. Il processo additivo, per sua natura, è più flessibile e molto meno dispendioso.

Gli esperimenti di produzione additiva con deposizione diretta di energia esplorano l'impatto della lavorazione laser pulsata sulla microstruttura e sulle proprietà del materiale. Credito: Jason Bolt, ARL, Penn State. Tutti i diritti riservati.