Replicator: la stampante 3D che plasma oggetti solidi da un liquido

Lo scorso gennaio i ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e della University of California, hanno svelato “Replicator”. Si, proprio come il dispositivo utilizzato da Spock in Star Trek. Tuttavia se quello di Spock poteva ricreare qualsiasi oggetto partendo dall’energia pura, questo replicatore è stato progettato su modello delle stampanti 3D moderne e in sostanza riesce a plasmare oggetti con la luce.

Capiamo meglio…

La nuova stampante 3D, soprannominata “Replicator” e proposta dall’Università della California, utilizza la luce per trasformare i liquidi in oggetti solidi in soli pochi minuti. Si utilizza una particolare resina fotosensibile da plasmare a immagine e somiglianza dell’oggetto richiesto, e lo si fa combinando un proiettore standard e una fiala rotante riempita con la resina che indurisce quando esposta alla luce.

Nate con lo scopo di realizzare modelli utili nella progettazione, le stampanti 3D stanno conoscendo uno sviluppo notevole in molte applicazioni. Hanno però ancora alcune limitazioni, dovute per esempio al fatto che costruiscono l’oggetto strato per strato, e il risultato finale conserva bordi frastagliati. Inoltre, sono poco adatte a produrre oggetti flessibili, che si potrebbero deformare durante il processo di stampa, compromettendo il risultato finale.

Queste difficoltà sono ora state (in parte) superate grazie a “Replicator” che crea un intero oggetto in una volta, invece di costruirlo strato per strato come fanno i tipici dispositivi di produzione additiva.

“Fondamentalmente, si fa uso di un videoproiettore collegato ad un laptop e lo si utilizza per proiettare una serie di immagini calcolate, mentre un motore gira un cilindro che ha, al suo interno, una resina per la stampa 3D “, ha detto Hayden Taylor, assistente professore di ingegneria meccanica presso la UC Berkeley e autore senior di un articolo che descrive la stampante sulla rivista Science.

Una tomografia al contrario

Il processo su cui si basa Replicator, è sostanzialmente quello utilizzato nella tomografia computerizzata, ma al contrario.

In una tomografia viene effettuata una scansione a raggi X del corpo del paziente al fine di localizzare tumori o fratture. I raggi X vengono proiettati nel corpo del paziente da angoli diversi per rivelare la geometria delle ossa e dei tessuti. Nel caso della nostra stampante il procedimento è invertito, in quanto si parte da un modello computerizzato e tramite la radiazione elettromagnetica l’oggetto fisico viene costruito.

Nello specifico…

Denominato Axial Lithography Computed (CAL), il processo inizia con un modello CAD (Computer-Aided Design). I ricercatori usano i fotoni proiettati per illuminare la resina simile allo sciroppo, creando proiezioni in continuo movimento mentre la fiala ruota. La proiezione viene calcolata ad ogni angolo, i ricercatori eseguono un algoritmo di ottimizzazione e il risultato è una serie di immagini che appare come una proiezione video rotante che può essere riprodotta ad una velocità adeguata alla rotazione della fiala di resina. Le proiezioni si combinano per formare un oggetto 3D sospeso nella resina. Dopo alcuni minuti, viene visualizzata la struttura 3D, i ricercatori interrompono l’esposizione e drenano il liquido non polimerizzato, lasciando solo il prodotto finito.

La resina per stampa 3D è composta da polimeri liquidi miscelati con molecole fotosensibili e ossigeno disciolto. La luce attiva il composto fotosensibile che esaurisce l’ossigeno. Solo in quelle regioni 3D in cui tutto l’ossigeno è stato esaurito i polimeri formano i “legami incrociati” che trasformano la resina da liquido a solido.

I vantaggi e gli svantaggi

Per ora il team, con questa tecnica, è stato in grado di ricreare diversi oggetti più complicati di quelli ottenuti con la normale stampa 3D. Da una riproduzione in miniatura del “Pensatore” dello scultore francese Auguste Rodin ad un modello personalizzato di una mandibola. Attualmente l’unico limite rimane il diametro massimo degli oggetti che è di circa 10 centimetri.

Inoltre non solo è possibile ricreare oggetti, ma la stampante è in grado di racchiudere un oggetto già esistente con nuovi materiali. Ad esempio, i ricercatori hanno inserito un cacciavite all’interno della resina, quindi hanno utilizzato la stampante 3D per fabbricare una maniglia.

“Penso che questo sia un modo per essere in grado di personalizzare in massa gli oggetti ancora di più, che siano protesi o scarpe da corsa. Il fatto che tu possa prendere un componente metallico o qualcosa da un altro processo di produzione e aggiungere geometria personalizzabile, penso che possa cambiare il modo in cui i prodotti sono progettati”.

Con questa tecnica si possono ottenere oggetti più flessibili, morbidi e di maggiore complessità in confronto a quanto si possa fare con delle classiche stampanti 3D. Infine Replicator è più rapido e non produce alcun materiale di scarto. Tutto ciò che non entra a far parte dell’oggetto finale è riutilizzabile al 100 per cento: e questo costituisce un grosso vantaggio.